第九章光学检测技术.
光学检测技术原理
光学检测技术原理
光学检测技术利用光或电磁波在物体表面与光学元件之间的相互作用原理来检测和分析物体的性质和特征。
该技术广泛应用于工业、医学、环境监测、生物科学等领域。
光学检测技术的原理主要包括以下几个方面：
1. 反射和折射：当光束从一个介质进入另一个介质时，会发生反射和折射现象。
利用光的反射和折射原理，可以通过测量光的入射角度、反射角度和折射角度来确定物体的界面特性，例如表面粗糙度、光学透明度等。
2. 散射：当光束通过一个物体时，会发生散射现象。
利用光的散射原理，可以通过测量散射光的角度、能量分布等信息来分析物体的形状、粒径、浓度等。
3. 吸收和发射：物体对特定波长的光会产生吸收和发射现象。
利用光的吸收和发射原理，可以通过测量光的吸收强度、发射光谱等来确定物体的化学成分、浓度、温度等。
4. 干涉和衍射：当光束通过一组光学元件时，会产生干涉和衍射现象。
利用光的干涉和衍射原理，可以通过测量干涉图样、衍射光的波前形态等来分析物体的形状、厚度、折射率等。
5. 偏振：光束中的光波可以具有不同的偏振状态。
利用光的偏振原理，可以通过测量光的偏振状态来分析物体的晶体结构、应力状态等。
总之，光学检测技术利用光的各种相互作用原理，通过对光的测量和分析，可以实现对物体性质和特征的检测和表征。
光学检测技术及其应用研究
光学检测技术及其应用研究一、光学检测技术概述光学检测技术是指利用光学原理、光学器件以及图像处理方法进行物体的检测和分析的一种方法。
它以光学成像、物体测量、表面缺陷检测、非接触性测量等为基础，应用于各个领域，如电子、石油、医疗等多个领域。
现在光学检测技术越来越成熟，应用也越来越广泛。
二、光学检测技术种类1. 光学成像技术光学成像技术是一种常见的光学检测技术，主要应用于对物体形态、尺寸的检测和分析。
它是利用光学原理，通过光学器件将物体的光学图像旋转成人眼可以识别的二维空间内的图像，来达到检测物体大小、形态、颜色等信息的目的。
在半导体制造、医疗、汽车、工业等领域中得到了广泛应用。
2. 光学测量技术光学测量技术是测量物体特定尺寸等物理量的技术。
通过光路设计，利用光学原理对物体进行快速精准的测量。
相对于传统的测量技术，光学测量技术有很多优势，如高测量精度、速度快、非接触、无磨损等。
在汽车、机器人、电子、医疗等领域中得到了广泛应用，提高了生产的效率及质量。
3. 表面缺陷检测技术表面缺陷检测技术是利用光学原理对物体表面缺陷进行检测和分析的技术。
它主要应用于制造业中的质量控制，保证产品的合格率。
目前已经应用到了机械、印刷、电子、医疗等多个领域中。
相比传统的检测方法，光学检测方法可以进行精细的缺陷检测和统计的分析，大大提高了检测效率和准确度。
三、光学检测技术应用1. 工业制造在工业制造中，光学检测技术已经成为必不可少的工具。
比如，在汽车制造中，通过激光测量Fender等外部元件的形状，可以检查其是否符合设计要求。
同时，光学测量技术也可以用于大规模金属构件的测量，如航空发动机叶盘的制造过程控制、船体、车身等的形状检测。
2. 医疗健康光学检测技术在医疗行业中也有广泛的应用，如，在眼科领域可以利用光学成像技术对眼底、视网膜进行检测；在口腔领域中，可以利用激光测量技术进行口腔牙齿病原菌检测等等。
3. 环境探测光学检测技术也在环境探测中得到了广泛应用。
光学检测技术
衍射条纹间隔 间隙
两种计量方法
W W
nR
1 xn
1 xn
n n sin
（1）绝对法：测量位移前后n 级条纹距中央零级条纹中心位 置xn及xn'就可求出位移量δ 。
（2）计数法：测得条纹计数值 △N（n-n ' ），就可求出试件 的位移或应变值δ 。
检测装置
（a）飞点成像式：在y 方向上用线光束照明， 反射光用旋转多面体沿y 方向扫描接收。在被测 表面的像面上设置针孔 以检测反射光的变化， 从而评定表面有否损伤 与划痕。
（b）飞点扫描式：直接 用激光束扫描表面，扫 面方向（y方向）与被检 表面行进方向垂直。反 射光由列阵光电检测器 件检测。
第九章
光学检测技术
引言
光学方法的主要优势： 非接触性 高灵敏度 高精密性 光学图像的二维计量性
主要内容 衍射法 扫描法 全息法 散斑法 莫尔法 激光测距 多普勒测速
光传感与光检测技术
9.1 激光衍射法
特点：简单、快速、精密、廉价、性能可靠。
9.1.1 激光衍射传感的基本原理 衍射计量的基本原理：检测单缝的远场衍射，即夫 朗和费衍射。
位置和起始衍射条纹 中心位置（n不变） 激光衍射测量的基本思想： 把难于测量的微小尺寸W或δ，通过远场衍射转为 大尺寸xn的测量，即利用衍射条纹的精确测量达到 精密传感。
对衍射条纹的测量 记录固定的衍射强度 记录衍射分布特征尺寸——衍射分布极 点之间的距离
9.1.2 激光衍射技术 （一）间隙计量法
全息术要求
相干性很高的光源：激光 被摄物均匀照射：扩束镜 获得明显的干涉条纹：参考光与物光的分束 比：2:1—10:1 记录介质要求有较高的分辨本领：溴化银照 相乳胶 曝光期间要求实验装置有很高的机械稳定性
光学检测技术
光学检测技术引言光学检测技术是一种基于光学原理的检测方法，通过利用光的传播特性和相互作用来实现对物体性质和参数的测量。
在许多领域中，光学检测技术被广泛应用于材料分析、生物医学、环境监测等。
本文将介绍光学检测技术的原理及其在不同领域中的应用。
光学检测技术的原理光学检测技术基于光与物质的相互作用，利用光的传播特性和信息传递能力进行测量和分析。
其原理主要包括光的散射、吸收、反射和透射等。
光的散射光的散射是光在物质中发生偏转和扩散的现象。
当光线遇到物体表面或介质内部的不均匀性时，会发生散射现象。
根据散射颗粒的尺寸和波长的比值，可以将散射分为Rayleigh散射、Mie散射和非弹性散射等。
光的吸收光的吸收是指光线在物质中被吸收一部分能量而丧失其原有的能量和强度。
当光通过物质时，被物质中的原子、分子或团簇吸收，产生热能或激发电子跃迁等。
光的反射光的反射是光线遇到物体表面时发生反射的现象。
根据物体表面的特性，反射光可以分为镜面反射、漫反射和散射反射等。
反射光的强度和角度与入射光的强度和角度之间存在一定的关系。
光的透射光的透射是光线穿过物体而传播的现象。
在透射过程中，光的强度和频率会发生变化，与物体的性质和结构有关。
透射光的特性可以用于材料分析、透射成像等应用。
光学检测技术的应用光学检测技术在各个领域中具有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：材料分析光学检测技术在材料分析中扮演着重要的角色。
通过测量和分析样品吸收、散射、透射等光学特性，可以获取样品的成分、结构和性质等信息。
例如，荧光光谱分析、拉曼光谱分析、红外光谱分析等都是常见的光学检测技术在材料分析中的应用。
生物医学光学检测技术在生物医学领域中有着广泛的应用。
例如，蛋白质分析、细胞成像、荧光探针检测等都是基于光学原理的技术。
光学显微镜、光学相干断层扫描等器械也是常见的光学检测技术在生物医学中的应用。
环境监测光学检测技术在环境监测领域中发挥着重要的作用。
通过测量环境中的光线散射、吸收、反射等参数，可以对大气、水质等环境参数进行监测。
光学测量原理和技术
光学测量原理和技术光学测量是利用光的特性进行测量的一种方法，广泛应用于工程领域、科学研究和医学等领域。
它通过利用光的传播速度、衍射、干涉、折射等原理，获得被测物体的各种参数，如尺寸、形状、速度、光学性质等。
本文将对光学测量的原理和常用的技术进行详细介绍。
光学测量的原理主要包括光的传播速度、干涉、衍射和折射等。
首先是光的传播速度原理。
光的传播速度是一个常数，通常在空气中为光速的近似值。
利用这一特性，可以通过测量光的传播时间来求得被测物体的距离。
这种方法常用于测量地理位置、道路长度等。
其次是干涉原理。
干涉是指两束或多束光相遇而产生干涉条纹的现象，常用于测量光的波长、被测物体的薄膜厚度等。
例如，杨氏干涉仪利用光的干涉原理测量光的波长。
Michelson干涉仪可以测量被测物体的位移。
再次是衍射原理。
衍射是指光通过物体边缘或孔隙时发生弯曲和散射的现象。
利用衍射原理，可以测量光的孔径、散斑、物体的形状等。
例如，通过测量衍射现象的图案特征可以推断物体的形状和大小。
最后是折射原理。
折射是指光从一种介质进入另一种介质时发生的方向变化。
利用折射原理，可以测量介质的折射率、曲率半径等。
例如，通过测量光经过透镜、棱镜等光学元件后的光线偏折角度可以计算出介质的折射率。
光学测量的技术主要包括激光测距、光栅测量、干涉测量、像散测量和光学断层扫描等。
激光测距技术是一种利用激光测量距离的方法。
利用激光器发射一束高度聚焦的激光束，测量激光束从发射到接收的时间差来计算出距离。
激光测距技术具有高精度、快速的特点，广泛应用于建筑测量、工业制造等领域。
光栅测量技术是利用光栅来测量物体位置和尺寸的方法。
光栅是一种具有规则周期结构的透明介质，在光线的照射下会产生明暗间断交替的光斑。
通过测量光栅上的光斑变化的位置和间距，可以计算出被测物体的位置和尺寸。
干涉测量技术是利用干涉现象进行测量的方法。
常见的干涉测量技术包括干涉仪、干涉计、Michelson干涉仪等。
光学测试技术光学干涉测量技术
W h
Hn
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§3.1 干涉测量基础
对于非轴对称的情况，则需要绘出二维的波面偏差分布图。 在获取整个表面的波面偏差后，可以用以下几种综合指标描述波 面分布：
必要的。
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§4.1 干涉测量基础
(3)光源非单色性影响与时间相干性
能够发生干涉现象的最大光程差与光源的谱线宽度成反比。
若干涉测量中用到的光源本身有一定的谱线宽度 ，对应波长为
/2 和λ-Δλ/2两组干涉条纹的强度分布，其他波长的光对应的干
涉条纹强度分布介于两根曲线之间。干涉场中最终形成的干涉条
干涉技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。近年来，随 着数字图像处理技术的不断发展，使干涉测量这种以光波长作为 测量尺度和测量基准的技术得到更为广泛的应用。 在光学材料特性参数测试方面，用干涉法测量材料折射率精度
可达10-6；对材料光学均匀性的测量精度则可达10-7； 用干涉法可测量光学元件特征参数，用球面干涉仪测量球面曲
采样结束后即完成了对数字化干涉图像的图像处理过程，获得了 离散的、采样点基本均布的波面数据集合（x,y,p）。在经过后续的波 面拟合计算等可以得到波面数字分布。
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§4.1 干涉测量基础
2、移相干涉提高干涉条纹稳定性 移相干涉法采用光电定量探测方法，在横向以CCD像素构成
高密度点阵，在纵向通过标准镜的移动获得多幅干涉图，通过多 幅干涉图的平均处理降低随机噪声，提高干涉条纹稳定性。其数 学模型如下：
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光学测量技术及应用
光学测量技术及应用
光学测量技术是一种利用光学仪器测量物体大小、形状、位置、速度、色彩等特征的
技术。
光学测量技术具有高精度、高速度、无接触、非破坏等特点，被广泛应用于机械制造、航空航天、医疗保健、环境监测等领域。
本文将对光学测量技术的原理和应用进行介绍。
光学测量技术的原理主要是利用光的散射、反射、折射、干涉、衍射等现象来测量物
体的各种特性。
其中，散射对于粗糙的表面、均匀介质等进行检测；反射用于光滑的表面
检测，如平面、曲面、球面等形状；折射则可以测量透明物体的各种特性；干涉与衍射用
于精密测量，如形状、位置、波长等。
光学测量技术的应用十分广泛。
机械制造领域常常使用光学测量技术来检测零件的几
何形状、尺寸误差和表面质量等，以确保生产零部件的精度和质量。
航空航天领域利用光
学测量技术测量飞行器及卫星的姿态、速度、位置等参数，评估其稳定性、安全性和性能。
医疗保健领域则使用光学测量技术测量人体特征，如血液压力、血流速度、视力等。
环境
监测方面使用光学测量技术测量空气质量、水质污染、地震预警等。
总之，光学测量技术的现代化发展已经成为推动产业升级和技术进步的重要支撑力量，带动了许多领域的发展和改革。
未来，随着技术的不断革新和创新，光学测量技术将会有
更加广泛和深入的应用，为人类的生产和生活带来更多的便利和福利。
光学测试技术实验报告
一、实验目的1. 熟悉光学测试技术的基本原理和实验方法。
2. 掌握光学测试仪器的操作技巧和数据处理方法。
3. 通过实验，验证光学测试技术在光学系统中的应用效果。
二、实验原理光学测试技术是利用光学原理和方法对光学系统进行测试和检测的技术。
其主要内容包括：光学元件的测量、光学系统的成像质量测试、光学系统的性能测试等。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：- 光学测试台- 光学元件（透镜、棱镜等）- 全息干涉仪- 激光器- 光学显微镜- 照相机- 计算机- 数据采集卡2. 实验材料：- 光学元件- 光学系统- 样品四、实验内容及步骤1. 光学元件测量（1）测量透镜的焦距将透镜放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过透镜后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的光斑直径，计算出透镜的焦距。
（2）测量透镜的球差将透镜放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过透镜后产生球差。
通过测量光屏上的球差曲线，计算出透镜的球差。
2. 光学系统成像质量测试（1）测试光学系统的像差将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的像差曲线，计算出光学系统的像差。
（2）测试光学系统的分辨率将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的衍射图样，计算出光学系统的分辨率。
3. 光学系统性能测试（1）测试光学系统的光通量将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的光强分布，计算出光学系统的光通量。
（2）测试光学系统的光谱特性将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光谱仪上。
通过测量光谱仪输出的光谱曲线，计算出光学系统的光谱特性。
五、实验结果与分析1. 光学元件测量结果（1）透镜焦距：f = 200mm（2）透镜球差：C = 0.02mm2. 光学系统成像质量测试结果（1）像差：RMS = 0.01mm（2）分辨率：R = 50lp/mm3. 光学系统性能测试结果（1）光通量：Φ = 80%（2）光谱特性：在可见光范围内，光学系统具有较好的光谱透过率。
光学测量技术
光学测量技术光学测量技术是一种通过利用光的特性对物体进行测量、分析和检测的方法。
它广泛应用于各个领域，包括工业制造、医学诊断、环境监测等。
光学测量技术以其高精度、非接触性和快速性等优点，成为现代测量领域中不可或缺的工具。
一、光学测量的基本原理光学测量技术主要依赖于光的干涉、衍射、吸收和散射等特性。
根据测量的需求，可以选择不同的光学测量技术，比如干涉测量、衍射测量、光谱测量等。
干涉测量是通过两束或多束光的干涉现象来实现测量的一种方法。
它可以测量物体的形状、表面粗糙度、膜厚等参数。
常见的干涉测量技术包括激光干涉仪、白光干涉仪等。
衍射测量是通过物体对光的衍射现象进行测量的方法。
衍射测量广泛应用于光栅测量、光学显微镜等领域。
例如，通过测量光栅衍射的角度和强度，可以得到物体的精确位置和形状信息。
光谱测量是通过分析物质对不同波长光的吸收、衍射或发射特性来获得信息的方法。
它可以应用于化学分析、气体检测等领域。
常见的光谱测量技术有紫外可见光谱、红外光谱等。
二、光学测量技术的应用领域1. 工业制造：光学测量技术在工业制造中起着非常重要的作用。
例如，利用激光测量仪器可以实现精确的尺寸测量和形状分析，用于质量控制和产品检测。
此外，光学成像技术也被广泛应用于自动化生产线上的物体检测和识别。
2. 医学诊断：光学测量技术在医学领域中有着广泛的应用。
例如，利用光散射和吸收的特性，可以实现体内组织的光学显微镜检查和光学断层扫描成像。
这些技术对于癌症早期的诊断和治疗有着重要的意义。
3. 环境监测：光学测量技术在环境监测领域中也有着广泛的应用。
例如，通过测量大气中的遥感数据，可以获得空气质量和污染物浓度的信息。
此外，光学传感器也可以用于水质监测和土壤分析等环境监测工作。
4. 科学研究：光学测量技术在科学研究中发挥着重要的作用。
例如，利用光学显微镜可以观察微小的生物分子，探索生命的奥秘。
光谱测量技术也被广泛应用于物质结构分析、化学反应动力学等研究领域。
常用的光学测量技术
常用的光学测量技术光学测量技术是一种利用光传播特性进行测量的技术，广泛应用于工业、科研和生活中各个领域。
本文将介绍一些常用的光学测量技术，包括激光测距、光学投影测量、干涉测量和光学显微镜。
一、激光测距技术激光测距技术是利用激光束的传输特性进行距离测量的一种技术。
通过测量激光束从发射到接收所需的时间，并结合光速的已知值，可以计算出测量目标与测量器之间的距离。
激光测距技术具有测量精度高、测量范围广、测量速度快等优点，广泛应用于建筑、地质勘探、工业制造等领域。
二、光学投影测量技术光学投影测量技术是利用光的折射、反射和散射等特性进行尺寸测量的一种技术。
通过将被测物体放置在光学投影仪下方，利用光的投影特性在屏幕上形成被测物体的放大影像，通过测量影像在屏幕上的尺寸，可以计算出被测物体的实际尺寸。
光学投影测量技术具有测量精度高、测量速度快、适用于复杂形状的物体等优点，广泛应用于制造业中的零部件尺寸测量。
三、干涉测量技术干涉测量技术是利用光的波动性进行测量的一种技术。
通过将光束分为两束并使其相交，通过干涉现象观察到光的干涉条纹，通过分析干涉条纹的变化来测量被测物体的形状、表面粗糙度等参数。
干涉测量技术具有测量精度高、非接触式测量、适用于光滑表面的物体等优点，广泛应用于光学元件的检测、表面质量评估等领域。
四、光学显微镜技术光学显微镜技术是利用光的折射、反射和散射等特性进行显微观察的一种技术。
通过利用透镜和物镜等光学元件对被观察样品进行放大，通过目镜观察样品的细节。
光学显微镜技术具有放大倍数高、分辨率高、操作简便等优点，广泛应用于生物学、物理学、化学等领域的实验室研究和教学。
激光测距、光学投影测量、干涉测量和光学显微镜是常用的光学测量技术。
它们分别利用光的传播、投影、干涉和放大特性进行测量，具有测量精度高、测量范围广、测量速度快等优点，广泛应用于工业、科研和生活中的各个领域。
这些光学测量技术的应用不仅提高了测量的准确性和效率，也推动了科学技术的发展。
光学测量技术及应用
光学测量技术及应用光学测量技术是一种利用光学原理进行测量和检测的技术手段，广泛应用于各个领域。
通过光学测量技术，我们可以获得物体的几何形状、表面形貌、运动轨迹等重要信息，为科学研究和工程应用提供了有力支持。
光学测量技术主要包括光学成像、光强测量、光频测量、光谱分析等多个方面。
其中，光学成像技术是最常见和基础的一种测量手段。
通过利用光学成像原理，我们可以将物体的真实图像投影到成像面上，然后通过成像面上的图像信息来获取物体的几何形状和位置信息。
光学成像技术广泛应用于医学影像、工业检测、航天探测等领域。
光强测量是另一种重要的光学测量技术。
通过测量光的强度变化，我们可以得到物体的光学特性和物理参数。
例如，通过测量光的吸收、散射和透射等特性，可以确定物体的折射率、吸收系数等参数。
光强测量技术在材料科学、化学分析、环境监测等领域有着广泛的应用。
除了光强测量，光频测量也是光学测量技术中的重要内容。
通过测量光的频率和相位等参数，可以获得物体的运动状态和变化规律。
光频测量技术在激光雷达、光纤通信、光子学等领域有着重要的应用。
通过光频测量技术，我们可以实现高精度的测量和控制，为科学研究和工程应用提供了强大的工具。
光谱分析是光学测量技术中的又一重要内容。
通过测量物体在不同波长下的光谱特性，可以获取物体的组成、结构和性质等信息。
光谱分析技术广泛应用于物质分析、光谱学研究、天文学观测等领域。
通过光谱分析，我们可以揭示物质的微观结构和相互作用规律，为科学研究和工程应用提供了重要的参考依据。
光学测量技术在各个领域都有着广泛的应用。
在工程领域，光学测量技术可以用于检测和监测工件的尺寸、形状和表面质量等参数，为工艺控制和质量保证提供了有效手段。
在科学研究领域，光学测量技术可以用于探测微观粒子的位置和运动状态，研究材料的光学特性和物理行为，推动科学的进步和发展。
在医学领域，光学测量技术可以用于医学影像、疾病诊断和治疗等方面，为医疗健康提供了重要支持。
光学测量的基础知识课件
光在不同物质中传播速度一般不同，在真空中最快。
光线直线传播的应用
可应用于光学测量、定位、光学仪器等。
光学成像原理
01
02
03
成像原理
基于透镜或反射面的折射 或反射原理，将物体成像 于视网膜或探测器上。
成像公式
1/f = 1/u + 1/v，其中f 为透镜焦距，u为物距，v 为像距。
成像质量
光学测量通常采用非接触式测量方式 ，具有高精度、高分辨率、非破坏性 等优点。
光学测量特点
高精度
实时性
光学测量利用光的干涉、衍射等效应，可 以实现高精度的测量，达到纳米级甚至更 高级别的测量精度。
光学测量可以实现实时在线测量，可以在 生产过程中快速获取测量数据，及时调整 生产工艺，提高产品质量。
非接触性
环境监测
光学测量可以用于环境监测，如空气质量、水质、噪声等 环境参数的测量。
医学诊断
光学测量在医学领域也有广泛应用，如医学影像、光学显 微镜、激光治疗等。
科研领域
光学测量在科研领域也有重要应用，如物理实验、化学分 析、生物研究等。
02
光学测量基本原理
光线传播定律
光线传播方向
光线在均匀介质中沿直线传播，当通过不同介质时，会发生折射 和反射现象。
利用光谱和偏振等光学技术实现对大气污染物的监测，如 二氧化硫、氮氧化物等。
水质监测
利用光学技术实现对水体中的污染物、悬浮物、叶绿素等 物质的监测。
气象观测
利用光学技术实现对云层、风向、风速等气象参数的观测 。
光学测量在安全防范中的应用
光学防盗系统
利用红外、微波等光学技术实现 防盗报警，具有高灵敏度和高分 辨率等优势。
光学测量技术方法与设备介绍
光学测量技术方法与设备介绍引言：光学测量技术是一种通过利用光学原理以及相关的仪器和设备来进行测量的方法。
它是一门综合性的学科，广泛应用于工业生产、科学研究以及医疗领域。
本文将介绍一些常用的光学测量技术方法和设备，并探讨它们的应用。
一、干涉测量技术干涉测量技术是一种通过光的干涉现象进行测量的方法。
它主要包括两种常见的方法：多光束干涉和点光源干涉。
多光束干涉是利用光束在传播过程中的波长、相位和振幅的差异，在相应的位置形成干涉胎。
典型的应用是光栅干涉仪，通过光栅上的几束平行光束的干涉，可以获得物体的形态和形状信息。
光栅干涉仪在三维测量、形状检测等领域起着重要的作用。
点光源干涉是通过在被测物表面上照射一个点光源，利用其反射或透射的干涉现象来测量物体的形貌。
例如常见的白光干涉仪，通过测量被测物表面的反射光与基准光之间的干涉，可以获得被测物的表面高度差异。
二、成像测量技术成像测量技术是通过光学仪器来获取物体图像，并通过图像处理获得物体形态和尺寸的测量结果。
其中，最常见的成像测量技术包括光学显微镜、红外热像仪以及激光测距仪。
光学显微镜是一种利用光线成像原理来观察微观物体的仪器。
通过显微镜可以获得高放大倍率下的物体图像，进而测量物体的尺寸、形状和表面质量等参数。
红外热像仪则是一种利用物体辐射红外辐射的能力来成像的测量技术。
红外热像仪在医学、安防以及军事领域有广泛的应用，可以通过观察物体表面温度分布来判断其是否存在异常情况。
激光测距仪是一种利用激光束测量物体距离的技术。
它通过测量光束发射和接收之间的时间差来计算出物体与测距仪之间的距离。
激光测距仪在建筑、测绘等领域有重要的应用，可以高精度地测量物体的距离和位置。
三、光谱测量技术光谱测量技术是通过光的能量和频率变化来获得物体的特性和信息。
在这一领域，最常见的方法为分光测量技术和拉曼散射光谱技术。
分光测量技术是通过将光根据其波长进行分解，并在不同波长处对其进行测量，从而了解物体的组成和特性。
光学测量技术的应用
光学测量技术的应用和发展在现代工业生产中，光学测量技术已经成为不可或缺的一项技术。
它可以将复杂的测量过程变得简单、快速、高效，并且减少了误差，提高了测量的准确性。
本文将探讨光学测量技术的应用和发展。
一、激光测量技术的发展激光测量技术是一种利用激光干涉原理进行距离、速度、角度等测量的方法。
它广泛应用于生产、科研、医疗等领域。
激光测量技术的发展可以追溯到20世纪初，当时只能利用激光来进行粗略的距离测量。
随着激光技术的不断发展，激光干涉技术逐渐被开发出来，可以实现更加复杂的测量任务。
二、激光测量技术的应用1.工业自动化生产在工业生产中，激光测量技术可以用于测量加工零件的尺寸，以及线条、角度、平面度等，有利于工艺控制和质量检测。
另外，激光测量技术还可以应用于轮轴轴承检测、检测机械加工空间离散的程度等方面。
2.三维成像测量激光测量技术还可以应用于三维成像测量。
通过激光扫描，可以获取三维空间内的物体表面信息和轮廓，实现三维数字化的建模。
在制造领域中，三维成像技术可以用于产品设计、检测、反馈等环节，提高产品的质量和效益。
3.医疗领域激光测量技术还可以应用于医疗领域。
例如，神经外科手术中可以通过激光的精准定位进行处理，达到无痛治疗的目的。
激光测量技术还可以用于眼科、皮肤科等方面。
三、光学测量技术的新发展1.光栅技术光栅技术是一种独特的光学测量技术，可以实现高精度、高分辨率的测量。
它广泛应用于汽车、医疗、航空等领域，也是数字化工艺的重要基础。
2.光学计量光学计量是近年来兴起的一项新技术，它利用光学原理完成测量任务。
相比传统的机械测量，光学测量更加高效、精确且可以自动化的完成。
3.光学检测光学检测技术是通过利用光的反射、透射等原理进行物体表面的检测。
它广泛应用于半导体、机械加工、电子元件等领域。
它可以进行表面缺陷检测、尺寸测量、外观检查等任务。
四、结论光学测量技术的应用和发展是现代工业生产不可或缺的一部分。
随着科技的不断发展，光学测量技术将不断地向更加可靠、高效、智能化的方向发展。
光学检测技术在食品质量检测中的应用
光学检测技术在食品质量检测中的应用随着食品安全问题的日益严重化，越来越多的关注和投资被投向了食品质量检测技术领域。
其中，光学检测技术作为一种非接触、高效、准确的检测手段，正逐渐被广泛应用于食品质量检测中。
一、光学检测技术概述光学检测技术是指利用光学原理和方法进行检测的技术。
其特点是非破坏性、高效、准确、实时等。
这些优势使得光学检测技术在食品质量检测领域中具有得天独厚的优势。
其中，常见的光学检测技术包括显微镜检测、拉曼光谱检测、红外光谱检测、荧光光谱检测、近红外光谱检测、偏光显微镜检测等。
二、光学检测技术在食品质量检测中的应用1. 成分分析利用光谱学技术可以分析食品中的各种成分，包括蛋白质、脂肪、糖类等，可以实现对食品成分的快速准确测定。
例如，近红外光谱仪可以非常快速地测定大豆、小麦、米、糙米、糯米、小米、花生、豆类、芝麻等谷物和油料的主要成分和生理活性物质含量，为食品生产、加工、质量检测等提供有力技术支持。
2. 污染检测利用荧光光谱技术可以检测食品中的各种异物和有毒污染物质，例如农业、工业和医疗活动中使用的农药、重金属等物质会对食品产生严重污染。
荧光光谱检测技术可以快速检测出其存在的条件，保证了人们食品的质量与安全。
3. 品质评估光学检测技术可以快速、准确的评估食品的质量参数，包括硬度、水分、颜色、气味等。
例如，使用偏光显微镜技术可以评估食品中的脂肪晶体、冰晶的大小和形态等因素，为研究脂肪酸类制品的组织结构、加工过程提供了有力的支持。
4. 营养分析光学检测技术除了可以分析食品中的成分参数之外，还可以对食品中的营养成分进行分析。
例如，使用拉曼光谱技术可以快速测定各类饮料、奶制品中的蛋白质含量、氨基酸组成等，为食品营养成分分析提供了一种高效、准确、快速的手段。
三、光学检测技术的优势和前景1. 非接触性检测优势光学检测技术具有非接触性检测优势，使得检测过程中物料不会被污染，避免了传统的物料不允许直接接触的缺陷，进一步保障了食物和人体健康的安全。
光学测量原理及技术.doc
光学测量原理及技术第一章、对准、调焦对准、调焦的定义、目的；1. 对准又称横向对准，是指一个对准目标与比较标志在垂直瞄准轴方向像的重合或置中。
目的瞄准目标（打靶）；精确定位、测量某些物理量（长度、角度度量）。
2、调焦又称纵向对准，是指一个目标像与比较标志在瞄准轴方向的重合。
目的--使目标与基准标志位于垂直于瞄准轴方向的同一个面上，也就是使二者位于同一空间深度；--使物体（目标）成像清晰；--确定物面或其共轭像面的位置定焦。
人眼调焦的方法及其误差构成；清晰度法以目标和标志同样清晰为准则；消视差法眼睛在垂直视轴方向上左右摆动，以看不出目标和标志有相对横移为准则。
可将纵向调焦转变为横向对准。
清晰度法误差源几何焦深、物理焦深；消视差法误差源人眼对准误差；几何焦深人眼观察目标时，目标像不一定能准确落在视网膜上。
但只要目标上一点在视网膜上生成的弥散斑直径小于眼睛的分辨极限，人眼仍会把该弥散斑认为是一个点，即认为成像清晰。
由此所带来的调焦误差，称为几何焦深。
物理焦深光波因眼瞳发生衍射，即使假定为理想成像，视网膜上的像点也不再是一个几何点，而是一个艾里斑。
若物点沿轴向移动Δl后，眼瞳面上产生的波像差小于λ/K 常取K6，此时人眼仍分辨不出视网膜上的衍射图像有什么变化。
（清晰度）人眼调焦扩展不确定度（消视差法）人眼调焦扩展不确定度人眼摆动距离为b，所选对准扩展不确定度为δe，对准误差、调焦误差的表示方法；对准人眼、望远系统用张角表示；显微系统用物方垂轴偏离量表示；调焦人眼、望远系统用视度表示；显微系统用目标与标志轴向间距表示常用的对准方式；光学系统在对准、调焦中的作用；望远系统对准扩展不确定度调焦显微系统对准调焦借助光学系统提高对准和调焦对准度提高对准精度、调焦精度的途径；书上没有补充消视差法特点将纵向调焦转变为横向对准；可通过选择误差小的对准方式来提高调焦精确度；不受焦深影响第二章自准仪基本部件光具座的主要构造；平行光管（准直仪）带回转工作台的自准直望远镜（前置镜）透镜夹持器带目镜测微器的测量显微镜底座什么是平行光管；平行光管又称自准直仪，它的作用是提供无限远的目标或给出一束平行光。
光学检测技术
光学检测技术
利用物质所具有的各种光学性质，对物质进行定性、 定量及结构分析的技术。 包括：旋光检测、析光检测、荧光检测、分光光度 检测、散射光谱检测等。 生化领域常用：分光光度检测、旋光检测、荧光检 测
4 待测物质的定量分析 （1）标准曲线法 注意：对于存在有干扰物质的样品要进行校正。 （2）Lambert-Beer E=KCL, K-消光系数
二 旋光检测技术
利用旋光计测量出旋光物质（光学活性物质） 对偏振光旋转角度的方向（左旋或右旋）和大 小，从而进行定性与定量分析的技术，称为旋 光检测技术。 旋光物质对偏振光的旋转方向和角度大小是该 物质的固有特性。偏振光旋转的方向和角度称 为旋光度。左旋（－），右旋（＋）。 物质的旋光度主要取决于物质本身的结构，此 外与入射光的波长及温度有关，对溶液而言， 还与溶液性质、溶液浓度和溶液厚度有密切关 系。
检测方法
直接检测荧光性物质 利用非荧光物质与荧光试剂反应后检测 在荧光性物质溶液中加入消光物质，测定荧光的减少 常用物质测定的荧光试剂p183(自学）
Байду номын сангаас
3 待测物质的定性分析 （1）将样品溶液在一定条件下（pH、温度、缓 冲液等）测得的吸收光谱与物质的标准吸收光 谱相对照，推断样品是什么。 （2）根据样品吸收光谱中峰顶与峰谷吸光度之 比值，与相当条件下资料所载的比值比较，推 断样品是什么。 如 ATP: OD280/OD260=0.85, OD250/ OD260=0.90 AMP: OD250/OD260=0.85, OD280/OD260=0.22 (3)将分光光度检测与层析或电泳分离技术相配 合，综合判断。
第九章 光学检测技术
对衍射条纹的测量 ➢ 记录固定的衍射强度 ➢ 记录衍射分布特征尺寸——衍射分布极 点之间的距离
9.1.2 激光衍射技术 （一）间隙计量法
尺寸比较测量 工件形状轮廓测量 应变的感应器
衍射条纹间隔 间隙
两种计量方法
W W
n R
1 xn
1 xn
n
n
sin
❖ （1）绝对法：测量位移前后n 级条纹距中央零级条纹中心位 置xn及xn'就可求出位移量δ。
应用：测取物体的位移、应变，无损检测
（1）测量离面位移的电子散斑干涉系统
R点与成像透镜的光束共 轭，参考光束好像从O点 射出一样，这样，参考光 束就与物光束一致，产生 干涉作用。电视摄像机记 录并存储散斑图样。
（2）测量面内位移的电子散斑干涉系统
两束相干平面波激光 束以相同入射角i在法 线两侧平行入射到粗 糙物面上。被物面散 射的光通过物镜成像 在电视摄像机摄像管 平面上。摄像管平面 垂直于物面法线，记 录并存储散斑图。
所有斑点的综合符合统计规律 漫反射表面——散斑场 物体表面上各点的运动——散斑场的运动 ❖ 启发：散斑运动——物体表面的运动信息——位 移、应变、应力
（2）散斑大小
❖ 客观（直接）散斑：由粗糙表面的散射光干 涉面直接形成。
❖ 主观（成像）散斑：在成像光组像面上P点 形成散斑。
❖ 空间结构： 随机分布的颗粒形状，用二相邻亮斑间距 的统计平均值来定义散斑的平均尺寸。
9.4.2 散斑计量技术
❖ （1）散斑照相法
❖ 物体表面运动与散斑场的运动有 确定关系。
❖ 第一次拍摄：底片上记录了物面 的散斑图。
❖ 第二次拍摄：物体变形后进行， 同一底片上记录了两个散斑图。
光学实验与光学检测技术
光学实验与光学 检测技术的应用
光学实验在光学检测技术中的应用
光学实验是光学 检测技术中重要 的组成部分，通 过实验可以验证 理论分析和设计 结果的正确性。
光学实验可以模 拟实际生产中的 各种光学系统， 从而对光学检测 技术的实际应用 进行评估和优化。
通过光学实验可 以研究光学检测 技术的性能指标， 例如分辨率、灵 敏度、稳定性等， 从而对技术进行 改进和提升。
环境监测：光学 检测技术可对大 气、水质、土壤 等进行实时监测， 为环境保护和治 理提供科学依据。
安全防范：光学 检测技术可用于 安防监控、人脸 识别、指纹识别 等领域，提高安 全防范水平和能 力。
光学实验与光学检测技术的结合应用
光学实验与光 学检测技术在 科学研究中的
应用
光学实验与光 学检测技术在 工业生产中的
光学检测技术原 理
光学检测技术概述
定义：利用光学原理对物体表面进行检测和测量的技术 应用领域：表面缺陷检测、光学计量、生物医学检测等 原理：基于光的干涉、衍射、散射等原理，通过测量光信号的变化来获取物体表面的信息 优点：非接触、高精度、高灵敏度、实时性等
光学检测技术分类
干涉仪型：利用光的干涉现象测量物体表面的形貌和光学特性 衍射仪型：利用光的衍射现象测量物体表面的形貌和光学特性 散斑干涉仪型：利用散斑现象测量物体表面的形貌和光学特性 光学轮廓仪型：利用光学投影和图像处理技术测量物体表面的形貌和光学特性
光学实验还可以 为光学检测技术 的发展提供新的 思路和方法，推 动技术的创新和 进步。
光学检测技术在生产生活中的应用
产品质量检测： 利用光学检测技 术对产品进行表 面缺陷、尺寸、 形状等检测，提 高产品质量和生 产效率。
生物医学应用：光 学检测技术在生物 医学领域应用广泛， 如光谱分析、荧光 成像、光学层析等， 可用于疾病诊断和 治疗。
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光传感与光检测技术
(1) 照射型莫尔等高线技术
d
N级等高线深度：
结论： 最可能出现的强度是接 近于0的，即黑散斑比其它 强度的散斑要多。
9.4.2 散斑计量技术
（1）散斑照相法
物体表面运动与散斑场的运动有 确定关系。 第一次拍摄：底片上记录了物面 的散斑图。 第二次拍摄：物体变形后进行， 同一底片上记录了两个散斑图。 物镜孔径角u没有变，两个散斑 图是相同的。位置因物体表面的 移动而产生了相应的移动。 测量出两个散斑图的移动量，也 就知道了物体表面的移动量。
激光全息术
1948年，Gabor提出的，1960年激光出现后获得发展。
与普通照相的比较：
普通照相：透镜成像，感光胶片上只记录物体的光强分布，
平面像，胶片破碎后只能冲洗照片的一部分；
全息照相：不用透镜，借助参考光与来自物体的反射光（散 射光）在全息干板上产生干涉，记录物光的振幅和相位，可再
现立体像，干板打碎后用一碎片仍可再现全部立体像，只是清
为保证基本条件（ 1 ） 和（ 2 ）通常采用 f-θ 透 镜与转镜组合的反射镜 准直扫描装置。f-θ物镜 是专用于光扫描系统的 物镜，是一种负畸变物 镜。可保证y与θ的线性 关系：
y f 2
9.2.2
位相调制扫描技术
光点扫描技术：采用时间脉冲计数测定工件尺寸。工件 边缘衍射效应，测量误差大，精度在0.01mm左右； 位相扫描技术 光调制扫描法
第九章
光学检测技术
引言
光学方法的主要优势：
主要内容
非接触性
高灵敏度 高精密性 光学图像的二维计ห้องสมุดไป่ตู้性
衍射法
扫描法
全息法
散斑法
莫尔法
激光测距 多普勒测速
光传感与光检测技术
9.1 激光衍射法
特点：简单、快速、精密、廉价、性能可靠。
9.1.1 激光衍射传感的基本原理 衍射计量的基本原理：检测单缝的远场衍射，即夫 朗和费衍射。
检测装置
（ a ）飞点成 像式： 在 y 方向上用线光束照明， 反射光用旋转多面体沿 y 方向扫描接收。在被测 表面的像面上设置针孔 以检测反射光的变化， 从而评定表面有否损伤 与划痕。
（ b ）飞点扫描式：直接 用激光束扫描表面，扫 面方向（y方向）与被检 表面行进方向垂直。反 射光由列阵光电检测器 件检测。
（2）散斑干涉法
将另外一束均匀激光束作为参考光束与 散斑图组合在一起，或将两个散斑图组合在 一起，使之产生干涉作用，获得第三个散斑 干涉图，分析处理这第三个散斑干涉图可获 得待测物面的位移。
9.4.3 电子散斑干涉测量技术
（Electronic speckle pattern interferometry，简称ESPI） 优点：
空间结构： 随机分布的颗粒形状，用二相邻亮斑间距 的统计平均值来定义散斑的平均尺寸。 对圆形照亮区域，散斑的横向平均直径为
T 0.6 sin u
结论： 散斑横向平均直径与照明区域大小有关， 大的照明区域对应大的u值，散斑变小，反 之变大。
（3）散斑的光强分布
散射波的位相是无规则地分布在0～2π范围内，且 同偏振，散斑强度概率分布为
光传感与光检测技术
辐射形莫尔条纹
单击准备演示 播放中……
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光传感与光检测技术
概念
莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒 定的角度和频率发生干涉的视觉结果。
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2018/10/1
光传感与光检测技术
9. 5. 1 莫尔条纹现象
9. 5. 2 条纹形成原理
9. 5. 3 莫尔条纹的应用
两个例子
（二）爱里圆斑法
作用：精确测定微小内孔的尺 寸 基本原理：基于圆孔远场衍射
第一暗环直径
d 1.22 f a
9.2 激光扫描法
一种动态光传感技术 适宜对弹性体、柔性体、高温物体作精密测量
9.2.1
激光光点扫描技术
利用激光束的扫描运动来测定物体的尺寸。
特点：非接触、动态、远距离（>1m）
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光传感与光检测技术
•遮光阴影理论
光栅间距远大于波长，衍射效应不明显；
•衍射干涉理论
光栅间距小，衍射效应明显。
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光传感与光检测技术
1 遮光阴影理论
亮带：透光面积大 黑带：互相遮挡
(a) 光栅I
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(b) 光栅II
(c) 两个光栅叠加的结果
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干涉。通过干涉条纹的检测，就可获得被测物体在
拍摄时间间隔内发生的变化。
拍摄方法：
静态二次曝光法、动态时间平均法、实时法
静态二次曝光法
再现像中光强分布
受到物体位移后产生的位相差的调制，形成干涉条纹
动态时间平均法，又称长 时间一次曝光法。用来研 究物体振动。
记录的曝光时间要大于物 体的振动周期。
光传感与光检测技术
9.5 莫尔技术
光传感与光检测技术
9. 5. 1 莫尔条纹现象
9. 5. 2 条纹形成原理
9. 5. 3 莫尔条纹的应用
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光传感与光检测技术
长光栅莫尔条纹
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光传感与光检测技术
圆弧莫尔条纹
单击准备演示 播放中……
53
2018/10/1
外差扫描法：测量微小变形，适用于振动条件下的高精
度测量，精度达0.1μm。
外差扫描法
一束细的激光束扫描有振动的物体表面 反射光的位相对应于物体表面的形状 设法组合参考光（扫描入射光）与反射的相位调制光 用外差技术检测 z ( x(t) )
9.2.3
表面特征抽取的扫描技术
应用：表面的瑕疵弊病检查、表面异物探测、形 状规则度检查； 1 反射光检测法
起初：散斑点——条纹的反差受到影响——噪声 发展：单个斑点的大小和位置随机分布 所有斑点的综合符合统计规律 漫反射表面——散斑场 物体表面上各点的运动——散斑场的运动 启发：散斑运动——物体表面的运动信息——位 移、应变、应力
（2）散斑大小 客观（直接）散斑：由粗糙表面的散射光干 涉面直接形成。 主观（成像）散斑：在成像光组像面上P点 形成散斑。
1 莫尔条纹的计数原理
光源 主光栅 透镜 指示光栅 透镜 光电元件 放整 大形 微整 分流 数字显示 电子计数器
被测物体位移=栅距×脉冲数
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光传感与光检测技术
2 莫尔形貌（等高线）技术
基本原理 通过光栅及光栅在物体表面的投影叠加形 成莫尔条纹，同级莫尔条纹就是物体表面距主 光栅深度相同的等高线分布，实现三维物体的 形貌测量。
激光衍射测量的基本思想：
把难于测量的微小尺寸W或δ，通过远场衍射转为 大尺寸xn的测量，即利用衍射条纹的精确测量达到 精密传感。
对衍射条纹的测量
记录固定的衍射强度 记录衍射分布特征尺寸——衍射分布极
点之间的距离
9.1.2 激光衍射技术
（一）间隙计量法
尺寸比较测量
工件形状轮廓测量 应变的感应器
光传感与光检测技术
条纹间距的计算
光栅I 光栅II 莫尔条纹
A D C
B
d
d
59
m
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光传感与光检测技术 A
a
B
c
D C
b
d
d
m
m
60
dd
2 d d 2dd cos 2
（9-1）
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光传感与光检测技术
2 衍射干涉理论
G1
-1
0
G2
( -1, 0) ( -1,1) (-1,2) (0,-1) (0,0) (0,1) (1,-2) (1,-1) (1,0)
1 D t 2
为保证测量精度，三点要求
（1）激光束垂直照射被测表面 （2）光束对物面作匀速直线扫描运动
（3）精确测定扫描时间
（a）转镜扫描
y R tan 2
光束在物面上的运动速 度是非均匀的，而且光 束不垂直物面。因此这 种扫描方式不能满足基 本要求（1）和（2）。
（b）反射镜准直扫描
晰度有所下降。
为什么一小块全息图能包含物体的整个三维 几何信息？
基本出发点：物体都是点的集合体。研究一个物点
的记录和再现过程。
记录
一组 同心 圆的 干涉 条纹
再现
假如点物放在O点，则O点散射波在a，b，c，……，f 点的相位分布和把再现光照射在全息图上时，全息图 上点 a ， b ， c ， …… ， f 的散射波的相位分布是完全相 同的。
干涉线投影技术
h 2sin 2
9.4 散斑法
9.4.1散斑概念及统计性质
（1）散斑现象: 当一束激光射到某粗糙表面上时,观察被照区域有许多明暗 相间、杂乱无章的亮斑和暗斑，这种现象称为散斑。 成因： 粗糙表面（或散射介质）的散射光干涉所形成的。
形成散斑的条件：
粗糙表面和相干光照射
-1级群光束 0级群光束 1级群光束
1
所有级次代数和 M i + N i 相同的衍射光束称为 (Mi+Ni)级群光束，它们有相同的传播方向。
61 2018/10/17
光传感与光检测技术
9. 5. 1 莫尔条纹现象
9. 5. 2 条纹形成原理
9. 5. 3 莫尔条纹的应用