【正文】 試技術 1 激光器， 2 聚焦透鏡， 3 振動反射鏡 , 4 被檢細絲， 5 成像透鏡， 6 反射鏡， 7 空間濾波器， 8 光電倍增管， 9 數(shù)據(jù)處理器。過去測量 0. lmm以下的細絲直徑，采用光學量儀或電測量儀，這類量儀本身測量精度是高的，但由于漆包線，光導纖維等是塑性材料不能用接觸法測量。當漆包線直徑有變化時，衍射條紋間隔變化，光電池兩個象限的光電流失去平衡，電表不指零。實際上是一種柔性絲帶，這給測量帶來困難。解決的方法是利用衍射條紋來形成莫爾條紋，形成的方法是 :首先攝取沒有加載荷或已知變形的衍射條紋的照片，用此衍射條紋的負片作為一塊已知光柵和正在被測的衍射條紋疊加，得到衍射情況下的莫爾條紋，如圖 548b)所示，測定莫爾條紋的間隔，用下式就可計算出變形量 : 現(xiàn)代光學測試技術 現(xiàn)代光學測試技術 七、波前測量 利用小孔的衍射可以獲得標準的波面，只要小孔直徑足夠的小，就可以獲得足夠精度的標準球面波，這就是點衍射干涉儀 (Point Diffraction Interferometers)的原理，這種 PDI干涉儀是當代一種輕巧而價低的測量光學波陣面的有效工具，其原理示于圖549。因此，激光衍射是一種有效的全場測量，其應用的例子很多，例如，變形的衍射全場測量就是一種設備簡單、技術可靠的方法，其原理如圖 548a)所示，當柱體試樣沒有承載時，衍射條紋是近于平行的直線，當加載后，得到反映柱體變形的二維衍射條紋，用攝影方法就可以精確地研究試樣的二維變形，其靈敏度可以達到微米級以下。當細絲直徑大于 50微米時，為保證測量精度，還要用LoronzMire理論對 Fraunhofe:近似作修正，這種方法其重復性可達 ，用 Fraunhofe近似計算時精度是 1℅ 。 現(xiàn)代光學測試技術 ?在選擇定位條紋時，一般以取二級或三級衍射條紋為最佳。圖中 a)是傅里葉變換面上的衍射斑分布。內(nèi)圓的一半是 32個同心圓，另一半圓內(nèi)是 32個放射狀列陣，用硅片制成。 V1， V2， V3是從計算觸發(fā)器來的信號， Vm是最后得到的測量信號，其時間間隔 ，剛對應于被測尺寸。 現(xiàn)代光學測試技術 ?光電探測器 P4接收基準光源 5的光強信號，用以定標。 ? 一般情況下， L和 xk的相對不確定度不超過 %。當 ，則波面是一個理想平面。 一、概述 一 、 單縫衍射原理： 現(xiàn)代光學測試技術 單縫衍射 ? 夫瑯和費衍射的計算比較簡單，特別是對于簡單形狀孔徑的衍射，通常能夠以解析形式求出積分，并且夫瑯和費衍射是光學儀器中最常見的衍射現(xiàn)象。但實際上的陰影卻擴大了，這是由于光在孔刀的邊緣上發(fā)生了衍射，光線向外曲折 (實線所示 )，因此，光的衍射區(qū)是 ab與 a ′ b′。由于 很大， 除中央零級以外，光強 Iy很小，通常觀察不到。 52 激光衍射計量技術 現(xiàn)代光學測試技術 一、基本方案及其分析 主要內(nèi)容 二、間隙計量法 三、反射衍射法 四、分離間隙法 五、互補測定法 六、愛里圓測定法 現(xiàn)代光學測試技術 一、基本方案及其分析 方案分類 （ 1）記錄固定點衍射強度的方法（圖 55a中 A和 B點） （ 2）記錄衍射分布特征尺寸 (指衍射射分布極值點之間的距離或角量 )的方法（圖 55b中的 t） 現(xiàn)代光學測試技術 被測物體 （狹縫，寬度為 ω ） 第一種方法 在記錄點 (θ=常數(shù)的點 )上衍射條紋的光強與尺寸 w的關系 表示正比于激光功率的光強度 0IIu??s in /u ? ? ?? ， θ為衍射分布點的角坐標值 評估方法 ?線性，被測物體可能的空間位置變化等方面 ?測量要求的靈敏度 ?尺寸變化的動態(tài)范圍 現(xiàn)代光學測試技術 確保最大的靈敏度，得到最佳測量位置的 θ坐標值為 w與最大靈敏度的關系式，寫成 (1)靈敏度隨 w(被測尺寸 )的減小而變小，影響小尺寸的精密測量 (2)靈敏度隨 i 增大而變小，即記錄點遠離衍射中心時，靈敏度變小，因而希望記錄傳感器盡量靠近中心極大值處 (3)靈敏度與激光功率有關，要求功率穩(wěn)定的激光器與限制被測物體的空間位移 結論： 現(xiàn)代光學測試技術 圖中曲線表示探測器置于 A點或 B點的信號變化。 光電器件 磁盤 磁頭 θ b) 測量磁盤系統(tǒng)的間隙 c) 直線性偏差 θ 試件 標準反射面 θ 試件 標準刃邊 a) 評價表面質量 圖 514 反射衍射法應用實例 現(xiàn)代光學測試技術 四 分離間隙法 ? 在實際測量中，常會遇到組成狹縫的兩棱邊不在同一平面內(nèi)，即存在一個間隔 w。 ? 當被測件尺寸大于標準尺寸時 ， 光電探測器 P1的信號增大 ， 而 P2的信號減小 ， 被測件尺寸小于標準尺寸使電信號做相反變化 。 現(xiàn)代光學測試技術 在表面粗糙度方面 ，可測量加工紋理為規(guī)則和比較規(guī)則的回轉體外表面的微觀不平度間距及加工時的走刀量。 當以 角的激光束來照射運動中的細絲，照射光直徑為 ，掃描頻率為 2. 5kHz時，可檢測細絲上寬約 0. 1 mm，長 2rnm的表面缺陷。用光學投影法時又因邊界衍射效應，測量不準。因此，當用標準直徑校準電表零位后，電表上的刻度就反映漆包線的外徑變化，從而可以控制漆包線的生產(chǎn)。 ?利用互補原理，測量薄帶寬度 b，相當于測量縫寬為 b的無限長狹縫。在一塊薄的半透明基板上沉積兩個同心圓環(huán)，如圖中 (a)所示，內(nèi)環(huán)是一個十分清潔的小圓孔用于接受聚焦的光束并由衍射產(chǎn)生球面波，而較大的徑向區(qū)是半透明的，用以使被測光束通過光強適當衰減，圖中 (b)是這二束光產(chǎn)生干涉而提供干涉圖的原理。 現(xiàn)代光學測試技術 現(xiàn)代光學測試技術 現(xiàn)代光學測試技術 現(xiàn)代光學測試技術 現(xiàn)代光學測試技術 六、全場測量 激光衍射測量不僅發(fā)生在一點上，而且發(fā)生上在被激光照明的狹縫全長上。實際上，測定還要用標定細絲直徑 dr來校正，即 d = (ir/r)dr，而 ir是參考細絲的衍射條紋間隔。當衍射條紋通過狹縫光欄照射光電池時，分界線兩邊接收到的光強就轉換成電信號，由差動放大器 9放大，最后由電表 l0顯示。較簡單的一種組合濾波器是同心圓形式，如圖 536所示。 ?這個光列陣對稱于光軸。 14,15是電源，具體的電子學功能框圖如圖 526b）所示 激光器 望遠鏡縮束系統(tǒng) 被測體 物鏡 避光罩 掃描反射鏡 濾波片 裝置原理圖 圖 526 激光衍射測量儀 現(xiàn)代光學測試技術 光電倍增管 射極跟隨器 放大器 微分電路 具有增益的放大器 施密特電路 計算觸發(fā)器 多諧振蕩器 排出電路 附合電路 圖 526 激光衍射測量儀 信號處理功能框圖 電信號的處理波形如 527所示 現(xiàn)代光學測試技術 從光電探測器上得到的電信號 是 VP,VP經(jīng)跟隨器送到放大器的輸入端，它負載作為微分電路，得到微分信號 Vd， Vd經(jīng)自動增益放大器，進入施密特電路，得到脈沖序列 Vu， Vu是邏輯電路的輸入，邏輯電路由計數(shù)器，附合電路和排出電路組成。沒有物鏡也可以，這時衍射條紋的尺寸由觀察距離決定，所占空間較大。 2 /Rw ?現(xiàn)代光學測試技術 nRnwx??由公式（ 511） 來計算 w， nx tn ?為計算方便，設 ，則 Rwt??現(xiàn)代光學測試技術 y y1 = tg u o ? 2? ? 2? y2 = + + 2dd nwwx nR ??2 2 22() nc R xn n nn R n n Ru w u u ux x x???? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? He— Ne激光器波長穩(wěn)定度一般優(yōu)于 106，這項誤差可不予考慮。 是孔面上波面的振幅分布； 為波面上的位相分布，即孔平面上各點與適合參考點，例如 o點（孔中心點坐標點）的位相差。 2）夫瑯和費衍射，光源和觀察屏距離衍射屏都相當于無限遠，因而又稱為遠場衍射。 2dR ?? 時為菲涅爾衍射 R 是孔與屏之間的距離 d 是孔 H的直徑 現(xiàn)代光學測試技術 當觀察屏 E3處在較遠的位置上，用透鏡才能觀察到的衍射現(xiàn)象則稱遠場衍射。因此，當單縫在 方向時，衍射條紋僅沿 x方