【文章內(nèi)容簡介】 514 反射衍射法應(yīng)用實(shí)例 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 四 分離間隙法 ? 在實(shí)際測(cè)量中，常會(huì)遇到組成狹縫的兩棱邊不在同一平面內(nèi)，即存在一個(gè)間隔 w。此時(shí)衍射圖形出現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象。測(cè)兩次，聯(lián)立求解。 1 θ1 3 2 A’1 θ2 A1 R w z A P1 xn1 xn2 P2 分離間隙法原理圖 112211222nnnnzxnRwxRzxnRxR??????現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 1 1 1 1 12 111si n ( c os )si n 2 si n2A A P A P w z zw z n?????? ? ? ? ???? ? ?????2 222s i n 2 s i n 2w z n??? ????????P1點(diǎn)出現(xiàn)暗紋的條件 P2點(diǎn)出現(xiàn)暗紋的條件 11s innxR? ?因?yàn)? 22s i n ( )nx RzR? ? 因 為分別代入上兩式，則有 21112222nnnnw x z xnRRw x z xnRR????????? ????現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 由上兩式可計(jì)算分離間隙衍射時(shí)的縫寬公式 測(cè)定相同級(jí)次的衍射條紋，即 12nn?則 21nnxx?12121222nnnnz x z xn R n Rwx R x R??? ? ? ?221 1 2 2n n n nw x z x w x z xR R R R? ? ?221 2 2 12 ( ) ( )2 n n n nzwx x x xRR? ? ?由（ 535） 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 五 、 互補(bǔ)測(cè)量法 激光衍射互補(bǔ)測(cè)量法的原理是基于巴俾涅原理，當(dāng)用平面光波照射兩個(gè)互補(bǔ)屏?xí)r，它們產(chǎn)生的衍射圖形的形狀和光強(qiáng)完全相同，僅位相相差為 π。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 六 、 愛里圓測(cè)量法 ? 愛里圓測(cè)量法是基于圓孔的夫瑯和費(fèi)衍射原理，可進(jìn)行微小孔徑的測(cè)量。 顯示器 電壓比較器 光電接收器2 光電接收器 1 被測(cè)件 激光器 f 衍射圖 噴絲頭孔徑的 愛里 圓測(cè)量原理 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 七、量程精度與最大量程 1. 測(cè)量分辨率 2. 測(cè)量精度 3. 最大量程 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 2. 測(cè)量精度 3. 最大量程 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 說明 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 八、實(shí)際的激光衍射測(cè)量系統(tǒng) 1) 激光器 —— 通常用 1~30mW的 HeNe激光器的衍射光源 2）光束形成器 —— 用來得到照明被測(cè)物最有效的光束形狀，通常用柱面透鏡組獲得這樣光束形狀 3）物鏡 —— 用來獲得遠(yuǎn)場(chǎng)條紋的成像，保證記錄平面上所要求的條紋尺寸，必要時(shí)，由一組不同焦距的物鏡組成。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 6）顯示部分 —— 指示出被測(cè)尺寸的數(shù)量。 4）光電探測(cè)器 —— 把衍射條紋的光強(qiáng)變換成電訊號(hào)。 5）信號(hào)處理器 —— 把光電信號(hào)加工處理，提取有用信息，并把它轉(zhuǎn)換成測(cè)量方便的形式。 ?被測(cè)物體放在物鏡前面，由于接受平行光平面物體位置移動(dòng)，不影響衍射條紋的光強(qiáng)分布。沒有物鏡也可以，這時(shí)衍射條紋的尺寸由觀察距離決定，所占空間較大。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) ?光電探測(cè)器 P4接收基準(zhǔn)光源 5的光強(qiáng)信號(hào)，用以定標(biāo)。 ? 激光束 1通過光強(qiáng)調(diào)制器 2， 過被測(cè)物 3（ 一般為細(xì)絲 ， 導(dǎo)線 ） 產(chǎn)生衍射 激光束 光強(qiáng)調(diào)制器 被測(cè)物 光源 馬達(dá) ? 兩個(gè)光電探測(cè)器 P1， P2放在一級(jí)衍射條紋極大值光強(qiáng)一半的地方 ， 取 P1， P2的差值信號(hào)送入微安表中 。 ? 中央零級(jí)衍射條紋處 (即光軸位置上 )放置光電探測(cè)器 P3。 P3提供監(jiān)控激光輸出功率的光電信號(hào) 。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 激光束 光強(qiáng)調(diào)制器 被測(cè)物 光源 馬達(dá) ? 這種測(cè)量系統(tǒng) ， 其測(cè)量范圍是標(biāo)注尺寸的 ﹪ 到 +﹪ ，測(cè)量精度是被測(cè)尺寸的 ﹪ ， 這種測(cè)量系統(tǒng)要求被測(cè)件有正確的定位 ， 不能在激光束中位移 。 ? 當(dāng)被測(cè)件尺寸大于標(biāo)準(zhǔn)尺寸時(shí) ， 光電探測(cè)器 P1的信號(hào)增大 ， 而 P2的信號(hào)減小 ， 被測(cè)件尺寸小于標(biāo)準(zhǔn)尺寸使電信號(hào)做相反變化 。 ? 4是馬達(dá)使光強(qiáng)調(diào)制器作旋轉(zhuǎn)進(jìn)行信號(hào)調(diào)制 。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 激光器 光調(diào)制器 被測(cè)件 光闌 透鏡 衍射條紋 光調(diào)制器 上述測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但存在著缺點(diǎn)，這主要是：激光功率起伏，被測(cè)物位移光電探測(cè)器性能不穩(wěn)定都將影響測(cè)量精度。另外，被測(cè)尺寸減小時(shí)還將影響檢測(cè)的靈敏度。因此，在實(shí)際使用中的衍射測(cè)量系統(tǒng)更多的將采用測(cè)定衍射條紋間隔的線尺寸或角尺寸，用下式求取被測(cè)尺寸 w： 224/w n R L R???衍射條紋級(jí)次 被測(cè)物衍射條紋記錄平面的距離 相對(duì)于中央零級(jí)條紋對(duì)稱的兩個(gè)亮紋或暗紋之間的距離 (546) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 測(cè)定 w的誤差 △ w，由式（ 546）知主要由 R及 L的測(cè)量誤差決定，近似式是 22w R Lw R L? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?式中：△ R，△ L是測(cè)定 R及 L的測(cè)量誤差。 激光器 光調(diào)制器 被測(cè)件 光闌 透鏡 衍射條紋 光調(diào)制器 (547) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 由式 (547)知，選定足夠大的 R，從理論上說，可以獲得很高的精度。但實(shí)際上增大距離 R時(shí)，條紋平面上的照度迅速下降，同時(shí) L增大，衍射極大光強(qiáng)的分布范圍增大，這都增加測(cè)定條紋中心值的困難，造成△ L的增大。 實(shí)際工作中，主要是采用： 1）小尺寸高靈敏度的光電探測(cè)器， 2）在光電探測(cè)器前放置狹縫， 3）調(diào)制激光光強(qiáng)， 4）采用精度高于 測(cè)器，讀出 L。 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 這種情況下，△ L造成的被測(cè)尺寸誤差是 22244nRwLL R L????測(cè)量孔的直徑時(shí)，可用如下一組公式 2222 2 2( 2 / ) 484n n nnnnD nk d R dnk RDdd R d?????? ?????? ? ????式中： kn為 n級(jí)衍射環(huán)內(nèi)包含的暗環(huán)或亮環(huán)數(shù)目； dn為第 n個(gè)暗環(huán)或亮環(huán)的直徑 (548) (549) 利用式 (549)測(cè)量孔的直徑時(shí)，孔深在 10mm內(nèi)仍有較高的精度 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 激光器 望遠(yuǎn)鏡縮束系統(tǒng) 被測(cè)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(cè)量儀 濾波片和避光罩的作用是消除雜散光和背景光對(duì)光電倍增管的影響。從狹縫 8到掃描反射鏡的旋轉(zhuǎn)軸的距離加上旋轉(zhuǎn)軸到物鏡的距離應(yīng)等于物鏡的焦距 f 衍射光經(jīng)物鏡 5在其焦面上形成衍射 掃描反射鏡 ， 用以形成衍射條紋在光電倍增管10前的輸入狹縫 8上掃描 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 從光電倍增管得到的電信號(hào)，經(jīng)放大和變換電路 11，形成矩形脈沖信號(hào)，此信號(hào)的寬度相應(yīng)于衍射條紋的間隔，這個(gè)脈沖再經(jīng)微分，限幅和邏輯電路 12就可測(cè)量脈沖寬度，最后用數(shù)字頻率計(jì) 13顯示。 14,15是電源，具體的電子學(xué)功能框圖如圖 526b）所示 激光器 望遠(yuǎn)鏡縮束系統(tǒng) 被測(cè)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(cè)量儀 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 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(jì)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(cè)量儀 信號(hào)處理功能框圖 電信號(hào)的處理波形如 527所示 現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試技術(shù) 從光電探測(cè)器上得到的電信號(hào) 是 VP,VP經(jīng)跟隨器送到放大器的輸入端，它負(fù)載作為微分電路，得到微分信號(hào) Vd， Vd經(jīng)自動(dòng)增益放大器，進(jìn)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(jì)數(shù)器，附合電路和排出電路組成。 V1， V2， V3是從計(jì)算觸發(fā)器來的信號(hào)， Vm是最后得到的測(cè)量信號(hào)，其時(shí)間間隔 ，剛對(duì)應(yīng)于被測(cè)尺寸。