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物联网-智慧传输-基于位移传感器的折射率测量系统研究.pdf
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物联网-智慧传输-基于位移传感器的折射率测量系统研究.pdf
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ABSTRACT
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目
录
摘 要
ABSTRACT
目
录
第一章绪论………………………………………………….1
1.1课题背景…………………………………………………….1
1.2课题研究的目的及意义………………………………………….1
1.3国内外发展现状……………………………………………….4
1.4本论文研究的主要内容………………………………………….5
1.5本章小结…………………………………………………….5
第二章折射率测量系统的总体方案设计……………………………….6
2.1系统的总体方案设计……………………………………………6
2.2成像光学系统………………………………………………..10
2.3精密传动机构及其电控系统……………………………………..11
2.4计算机数据图像处理系统……………………………………….12
2.5本章小结……………………………………………………12
第三章成像光学系统设计………………………………………..13
3.1
CCD的选取………………………………………………….13
3.2光学系统设计…………..……………………………………16
3.3平行平板……………………………………………………20
3.4本章小结……………………………………………………21
第四章精密机械传动机构设计…………………………………….22
4.1精密传动机构………………………………………………..22
4.2控制系统方案设计…………………………………………….24
4.3位移检测系统研究…………………………………………….28
4.4本章小结……………………………………………………32
第五章误差精度分析……………………………………………33
5.1机械检测装置的误差…………………………………………..34
5.2误差合成……………………………………………………35
5.3本章小结……………………………………………………36
第六章总结与展望……………………………………………..37
致
谢………………………………………………………39
参考文献……………………一.……………………………….40
第一章绪论弟一旱硒比
新世纪以来,现代先进科学技术经过时代变革后得到了跨越式的发展。特别是在
新材料、电子、精密机械和虚拟技术等方面,发展速度飞快,大量创新技术也得到了
成功研发。这些都大大促进了有关折射率测量技术的创新和发展,相关产品的研发也
日益成熟,有关折射率测量的精度和效率也得到了极大的提高。另外,这些包涵先进
测量原理的创新产品和仪器已经逐渐取代了原有落后的产品,促进了精密光学测量技
术的发展,拓展了精密光学测量在科学领域的发展道路。
1.1课题背景
折射率是反应各类光学材料性能的一个关键参数,能够对光学成像系统的成像质
量产生重要的影响,从而能够大大提高各类光学仪器或元件的质量和精度。同时,对
各类光学材料折射率的测量还可以直接或间接反应出其他内部信息。随着先进科学的
不断发展,各类学科的相互作用和影响也越来越明显,交叉学科越来越多,基于此,
光学材料折射率的测量系统的研究对其他科学研究领域也产生了巨大的影响,具有重
要的意义。进入新世纪以来,国内外的科学家和学者研发出了大量品种繁多的新产品,
但是这些新产品的研发方向都是基本相同的,都在向功能多样化、工作自动化、高精
度、智能化、可视化发展。这样就会对先进光学测量技术和设备产生较大的需求。比
如显微镜从单倍向多倍的发展,从人眼目视测量向可视化图像发展,火炮炮筒瞄准从
目视向光电瞄准发展等Ⅲ。这些都足以说明光学材料折射率的检测需求,这就不断要
求研发出精度更高,更加可靠,自动化程度更高的有关折射率检测的应用。
由于传统的折射率测量技术必须要求材料特殊形状或者材料需要较大尺寸、检测
环境等才能满足需求,这对于技术的研究来说是非常困难的和不经济的,所以,这些
各种各样的原因导致了传统的折射率测量方法在测量领域显得越来越力所不及,难以
满足各种需求,所以改进测量的装置和测量方法,从而实现折射率的高精度、高需求
检测是非常有必要的。
1.2课题研究的目的及意义
目前,光、机、电一体化产品的需求越来越大,在各类大中型自动化设备和工厂
生产线等方面,各类光学元件的应用越来越广泛。折射率的精确测量也就必然具有广
阔的市场和深远的意义。经过多年的研究发展,已经产生了多种成熟的折射率测量技
术。其中,按照被测对象的不同,最小偏向角法和自准直法来主要应用于固体介质折
射率的测量;对于液体介质常用临界角法来实现;对于气体介质则需要使用精度较高
的干涉法。目前在各类光学测试仪器中全反射法、最小偏向角法和V型棱镜法的应用
最为广泛,通过对分析几种常见的折射率检测的方法,及其在实际中的应用,从而得
出关于折射率检测的目的和意义。
1.2.1全反射法
全反射法又被称为临界角法,其测量原理如图1.1所示。首先将被测样品放在直角
棱镜的斜边AB表面上,要求被测样品的折射率高于直角棱镜的折射率,当入射光线
从直角边BC入射时,入射角大于或等于临界角不=arcs咄刀。/刀),此时,直角棱镜的
AB表面上会发生全反射现象,反射光线由直角棱镜的AC边射出,发生折射现象,这
时可以通过望远镜观察到明暗分界的条纹,当望远镜的刻线与分界线重合时,通过检
测折射角幺,就可以测定被测件刀。的的折射率。
B
A
图1.1全反射法光路图
这种检测方法容易,结构较为简单,属于比较测量法,所以需要己知直角棱镜的
折射率,同时还需要在直角棱镜与被测样品之间有折射液的配合,这样才能使直角棱
镜与被测样品之间有很好的接触,但这同时也使测量范围受到限制,当测量精度要求
不高时,基于全全反射法的阿贝折光仪的仪器精度一般为±3×10‘4。
1.2.2最小偏向角法
最小偏向角法是目前检测精度最高、应用最为广泛的测量方法。其原理可用图1.2
来说明,一束单色光以特定的角度入射到三棱镜中,光线的经过三棱镜时发生折射现
象,此时,入射光线与折射光线之间的夹角,我们称为偏向角,其有最小值,通过测
定偏向角的最小值便可求出待测材料的折射率咒,。
2
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