【正文】 的傳感器在對某個測量對象進行某一項測量工作時，測量結(jié)果往往也會出現(xiàn)較大的不同。在進行位移量的測量時，需要將光源加在主光柵的旁邊，并將光電接受元件安裝在在指示光柵的旁邊。如圖 （a）所示。當(dāng)輸入電壓較高時，可根據(jù)需要每根信號線外串?K電阻進行限流。此外，步進電機驅(qū)動器還可以對電流實現(xiàn)快速的上升與下降，從而促使電流波形近似于矩形。/176。在位置和速度控制方面，步進電機具有較高的精度、抗干擾能力和穩(wěn)定性的特點。在正常工作情形下，電機輸出的轉(zhuǎn)速與制動的位置均不受其負載的影響，僅僅取決于外部脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，即當(dāng)一個脈沖信號被電機所接收，就產(chǎn)生一個相應(yīng)的步距角。該產(chǎn)品具有位置控制和速度控制兩種控制模式，輸出脈沖頻率較高。具備了課題所需的控制精度及響應(yīng)速度，在管理計算機上調(diào)試安裝后即可投入使用。鏡筒外圓則加工有螺紋孔，主要用以安裝連接頂絲，從而使鏡筒在凸輪筒內(nèi)傳動可靠，并能夠得到合適定位。其外部邊緣加工有齒，與小齒輪嚙合并由其傳動；內(nèi)部則加工有螺旋槽，以傳動內(nèi)部鏡筒連同光學(xué)系統(tǒng)做直線運動，并帶動位移傳感器拉桿得到位移信號。這樣，位移傳感器的拉桿也就同步作直線運動，并能夠精確測量并采集整個光學(xué)系統(tǒng)的運動位移。精密機械傳動機構(gòu)包括凸輪筒與小齒輪的齒輪傳動和凸輪筒與鏡筒 A 的螺旋傳動。在本章結(jié)尾部分還對該折射率測量系統(tǒng)被測件光學(xué)平板進行了詳細的介紹。在本文設(shè)計的測量系統(tǒng)中，需要從兩個方面來考慮：一方面，從儀器本身的精度考慮，系統(tǒng)的物與像之間的間隔必須大于位移傳感器的測量精度，它們之間的差值越大，光程差越多，從而平行平板越厚，測量也就越容易；另一方面，從平行平板的加工工藝考慮，平行平板越厚，越無法預(yù)知光學(xué)材料折射率的均勻性，對測量精度有一定影響。ll（）根據(jù)上述公式（）與（）可知道： 與 成反比， 與 成反比，又dn?39。l??間后造成的物點 A 虛物距變化的標(biāo)準(zhǔn)偏差， 為平行平板厚度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。 所以說，本系統(tǒng)的像差優(yōu)化結(jié)果是比較理想的，成像清晰，完全達到指標(biāo)要求。圖 MTF 圖21圖 點列圖系統(tǒng)的點列圖見 所示，點列圖反映了物點通過光學(xué)系統(tǒng)在像平面上的彌散斑的形狀和大小。視場內(nèi) ＜3%； ZEMAX 仿真優(yōu)化為了能夠更好的校正像差，得到優(yōu)質(zhì)的圖像，達到我們的需求，根據(jù)上述技術(shù)指標(biāo)設(shè)計了一款基于位移傳感器的平行平板的折射率測量系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示：圖 光學(xué)系統(tǒng)二維結(jié)構(gòu)圖 攝像物鏡系統(tǒng)的工作長度為 24mm, 系統(tǒng)內(nèi)光學(xué)玻璃材料要求其具有一定的機械強度，能夠承受一定的負荷；具有較高的表面硬度，以便研磨和拋光；具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，以適應(yīng)各種潮濕和腐蝕性的外界條件，并抵擋化學(xué)試劑及化學(xué)溶劑的侵蝕。（5）色差單色像差則主要體現(xiàn)在光組和物質(zhì)的幾何因素上，所以可不必考慮色差因素。本文采用三片式攝像物鏡系統(tǒng)，鏡片數(shù)為 3 片。圖 柯克型物鏡結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)主要指標(biāo)的確定（1）.相對孔徑入瞳在均勻光照時，物鏡的像面照度與相對孔徑的平方成正比，或者與 F 數(shù)的平方成反比。18光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計就是根據(jù)其使用需求來確定光學(xué)系統(tǒng)的性能參數(shù)、各透鏡光組的結(jié)構(gòu)和外形尺寸等。其系統(tǒng)參數(shù)見表 32。它對感光面進行逐行掃面，然后進行隔行傳輸。2）選取的 CCD 要有較高的分辨率，從而滿足系統(tǒng)分辨要求。綜上，為了更好地觀察和監(jiān)視目標(biāo)，分析目標(biāo)的位置，從而進行穩(wěn)定的跟蹤，我們選擇了 CCD 作為本次設(shè)計的成像器件。噪點的大小差異：因為 CMOS 的每個像素都配有放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換電路，如果CMOS 有百萬像素，那就有百萬個放大器和轉(zhuǎn)換電路，雖然統(tǒng)一制造，但是在彼此之間還是有差異的存在，很難同步的放大；而 CCD 感光器只有一個放大器，這就大大的減小了噪點，CCD 的噪點要比 CMOS 少很多。生產(chǎn)成本差異：對于 CMOS 的生產(chǎn)制作一般都是采用半導(dǎo)體工業(yè)中的 MOS 制程，它可以用單晶片一次的將周邊的設(shè)施統(tǒng)一整合，這樣可以節(jié)約成本同時也減少故障的損失；由于 CCD 本身是采用電荷移動傳輸來輸出信號的，當(dāng)在其傳輸通道上有一個15壞點，即一個像素故障，這將導(dǎo)致整個通道的信息傳輸故障，從而無法傳遞信息。較小的能量消耗，使 COMS 在功耗上占有很大優(yōu)勢。 兩者雖然原理相近，但也是各有利弊，對于兩者從技術(shù)方面進行對比，有以下四點不同：(1) 它們的信息讀取方式不同CCD 上由于光的照射而產(chǎn)生的儲存電荷，需要一位一位的傳輸，還要有同步信號進行控制，其輸出時還需要有三組不同的電源和時鐘控制電路的配合，整體而言比較復(fù)雜。圖 圖像處理系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)通過結(jié)合光、機、電一體化有效組合，即可將需求的待測物體數(shù)據(jù)通過簡單便捷的方式存儲輸出與計算機上。整個電控系統(tǒng)以上位機為核心，通過電機驅(qū)動光學(xué)系統(tǒng)直線運動，位移傳感器采集的位置信息經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換、濾波等前端處理，送入上位機；CCD 攝像機進行圖像采集的圖像信息通過圖像采集卡送入上位機；上位機通過計算機圖像識別技術(shù)對圖像及數(shù)據(jù)信號統(tǒng)一接收、處理，最終顯示檢測結(jié)果。電控系統(tǒng)完成對整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，整個傳動系統(tǒng)由步進電機提12供動力，通過高精度大齒輪的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動整個系統(tǒng)的運動，通過位移傳感器拉桿的直線運動得到所需要的測量數(shù)據(jù)。圖 鏡筒的機械結(jié)構(gòu)圖1 鏡片 1；2 隔圈 1；3 鏡片 2；4 隔圈 2；5 鏡片 3；6 壓圈；7 鏡筒 精密傳動機構(gòu)及其電控系統(tǒng) 傳動機構(gòu)及電控系統(tǒng)原理圖如圖 所示，電控系統(tǒng)和精密傳動機構(gòu)是折射率測量系統(tǒng)的核心組成部分，兩者的相互配合實現(xiàn)了對被測樣品平行平板的測量。本儀器所使用的光學(xué)系統(tǒng)由圖像接收系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)兩部分組成。10 折射率檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)簡圖（1）壓圈 A；（2）鏡筒前蓋；（3）鏡筒 A；（4）電位連桿；（5）凸輪筒；（6）外筒；（7）連接螺絲；（8）鏡筒 B；（9）固定座；（10）隔圈 A；（11）隔圈 B；（12）壓圈 B；（13）頂絲；（14）鏡筒 C；（15）小齒輪；（16）電機該折射率測試系統(tǒng)主要由精密機械傳動機構(gòu)、光學(xué)成像系統(tǒng)、位移傳感器檢測系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)幾大部分構(gòu)成。清晰成像時的物距。9 ????11lfl（） ?22lfl（）式中： 是光學(xué)系統(tǒng) 2 對物點 A 成像清晰時的物距， 是成像光學(xué)系統(tǒng) 2 對物點 A 的1l 2l光學(xué)平板被測件 10 折射像 A39。A ????21l?（） ??221ll?（）由于對 A39。ΔS239。AΔS139。以及成像光學(xué)系統(tǒng) 2 的焦 、光學(xué)平板被測件的厚度fd 計算待測材料的折射率 ，如圖 光學(xué)檢測原理圖所示。二是成像光學(xué)系統(tǒng) 2 從對無窮遠處成像到加入光學(xué)平板被測件 10 后對物點 A的光學(xué)平板被測件 10 折射像 A39。成像光學(xué)系統(tǒng) 2 的調(diào)整是由上位機 9 指令控制與處理電路 7 控制電機 6 驅(qū)動凸輪筒 4 來實現(xiàn)。圖 折射率測量系統(tǒng)原理圖電機 凸輪筒 光學(xué)系統(tǒng) 傳感器拉桿圖 系統(tǒng)傳動原理框圖系統(tǒng)的測量過程是成像光學(xué)系統(tǒng) 2 能夠?qū)⒐庠?1 作為物點 A 成像于 CCD 圖像傳感器 3 中，光源 1 采用貼片 LED 燈，安裝在光機座一端，并可進行位置調(diào)節(jié)，光學(xué)平板被測件 10 通過夾具垂直安裝于光機座上并可以進行位置調(diào)節(jié)。 本章小結(jié)本章主要介紹了有關(guān)折射率測量技術(shù)的研究背景，認(rèn)真總結(jié)了傳統(tǒng)的折射率測量方法及優(yōu)缺點，詳細闡述了折射率測量的國內(nèi)外研究方向和現(xiàn)狀，并進一步說明了有關(guān)折射率測量的研究目的和意義。第三，設(shè)計儀器內(nèi)的成像光學(xué)系統(tǒng)，并且對相關(guān)系統(tǒng)的組件進行選取，使成像系統(tǒng)滿足整個測量儀器的使用要求。因而，如何實現(xiàn)對晶體材料折射率的自動化、智能化、非接觸、高精度測量一直都是各國光學(xué)領(lǐng)域研究的熱點。總而言之，國內(nèi)外目前對折射率測量技術(shù)的研究都是向高精度、智能化、測量自動化方向發(fā)展。在折射率測量技術(shù)方面，落后的折射率測量儀器逐漸被市場淘汰，不斷要求研發(fā)新的折射率測量儀器，使其配備先進的技術(shù)支持，同時精度、自動化、智能化、可靠性和抗干擾能力都能得到提高，測試速度更快，結(jié)果更加可靠，從而滿足市場的需要。本文提出了一種基于位移傳感器的光學(xué)平板折射率檢測裝置及方法，本文提出的檢測方法是通過光學(xué)成像，利用待測材料折射率與成像光學(xué)系統(tǒng)調(diào)焦量的函數(shù)關(guān)系實現(xiàn)折射率的檢測，方法簡單、易行。同時，是用 V 棱鏡折射儀的測量精度為 177。但是，采用 V 棱鏡法檢測，需要將被待測料加工出兩個垂直光潔平面，盡管如此，在待測材料與 V 棱鏡之間仍存在空氣楔，需要配制匹配液予以消除。被測試樣形狀不受限制，但要保證有一個直角，涂上適當(dāng)?shù)钠ヅ湟?，放?V 棱鏡的直角槽中。xn3 )21sin(][mi????xn（）公式（）中： 為三棱鏡的頂角； 為最小偏向角。3?xn圖 全反射法光路圖這種檢測方法容易，結(jié)構(gòu)較為簡單，屬于比較測量法，所以需要已知直角棱鏡的折射率，同時還需要在直角棱鏡與被測樣品之間有折射液的配合，這樣才能使直角棱鏡與被測樣品之間有很好的接觸，但這同時也使測量范圍受到限制，當(dāng)測量精度要求不高時，基于全全反射法的阿貝折光儀的儀器精度一般為177。其中，按照被測對象的不同，最小偏向角法和自準(zhǔn)直法來主要應(yīng)用于固體介質(zhì)折2射率的測量；對于液體介質(zhì)常用臨界角法來實現(xiàn)；對于氣體介質(zhì)則需要使用精度較高的干涉法。由于傳統(tǒng)的折射率測量技術(shù)必須要求材料特殊形狀或者材料需要較大尺寸、檢測環(huán)境等才能滿足需求，這對于技術(shù)的研究來說是非常困難的和不經(jīng)濟的，所以，這些各種各樣的原因?qū)е铝藗鹘y(tǒng)的折射率測量方法在測量領(lǐng)域顯得越來越力所不及，難以滿足各種需求，所以改進測量的裝置和測量方法，從而實現(xiàn)折射率的高精度、高需求檢測是非常有必要的。進入新世紀(jì)以來，國內(nèi)外的科學(xué)家和學(xué)者研發(fā)出了大量品種繁多的新產(chǎn)品，但是這些新產(chǎn)品的研發(fā)方向都是基本相同的，都在向功能多樣化、工作自動化、高精度、智能化、可視化發(fā)展。另外，這些包涵先進測量原理的創(chuàng)新產(chǎn)品和儀器已經(jīng)逐漸取代了原有落后的產(chǎn)品，促進了精密光學(xué)測量技術(shù)的發(fā)展，拓展了精密光學(xué)測量在科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展道路。關(guān)鍵詞：折射率 光學(xué)系統(tǒng) 誤差A(yù)BSTRACTThe refractive index of the detection is improving the optical instrument quality on the premise, and it is the research of the important parameters of the imaging quality of the optical system . This paper designs a new refractive index measurement method and device ,and it is based on the principle of optical imaging , using of optical flat panel imaging rule , finding the relationship between the measured index of refraction and system optical ponents of focusing amount, the relationship of the traditional refractive index and the angle is transformed into the relationship of the refractive index and the axial displacement, simple measuring method ,noncontact measurement, and it is set to the integration of optical, machine, electric of high performance precision measuring instruments. Firstly this paper introduces the working principle of the refractive index measurement system, and designed the optical system by using Zemax. This system used three piece photographic objective lens system, the effective focal length of the system is 45mm, the F number and the full field of view angle are 4 and 8176。測量方法簡化，非接觸測量，是集光、機、電、算于一體的高性能精密測量儀器，本文首先介紹了折射率測量系統(tǒng)的工作原理，并用 Zemax 軟件設(shè)計了光學(xué)系統(tǒng)。本文設(shè)計了一種新的測量折射率的方法和裝置，基于