激光衍射測量和莫爾條紋技術(shù)演示文稿

激光衍射測量和莫爾條紋技術(shù)演示文稿本文檔共40頁；當前第1頁；編輯于星期六\7點32分菲涅耳衍射：當光源和衍射屛都離障礙物有限遠時，也稱近場衍射。夫瑯和費衍射：當光源和衍射屛都離障礙物無限遠時，也稱遠場衍射。夫瑯和費衍射計算簡單，用處較多，以后所討論的均為此類衍射。2本文檔共40頁；當前第2頁；編輯于星期六\7點32分3

單縫衍射測量a.單縫衍射測量原理3本文檔共40頁；當前第3頁；編輯于星期六\7點32分4衍射強度分布為:式中

,是衍射角,是衍射角

時的衍射強度。

由上可知:1.衍射條紋平行于被測狹縫。

2.當時，衍射為暗條紋。4本文檔共40頁；當前第4頁；編輯于星期六\7點32分5b.測量微小尺寸原理只要能精確地測出第K級暗條紋的，就能計算出狹縫寬度b。第K級暗條紋：零級條紋中心到第K暗條紋的距離，L：衍射屛到狹縫的距離。5本文檔共40頁；當前第5頁；編輯于星期六\7點32分6當狹縫的尺寸微小變化b時，第K級暗條紋的位置將移動

分別是第k個暗條紋在縫寬變化前和變化后距中央零級條紋中心的距離c.單縫衍射測量方法與應(yīng)用

間隙測量法條紋的變化數(shù)目N6本文檔共40頁；當前第6頁；編輯于星期六\7點32分7間隙測量法的應(yīng)用：可用于測定各種物理量的變化，如應(yīng)變、壓力、溫度、流量、加速度等。7本文檔共40頁；當前第7頁；編輯于星期六\7點32分8參考物和試件不在同一平面內(nèi)

分離間隙測量法8本文檔共40頁；當前第8頁；編輯于星期六\7點32分9在P1處出現(xiàn)暗條紋的條件在P2處出現(xiàn)暗條紋的條件9本文檔共40頁；當前第9頁；編輯于星期六\7點32分1010本文檔共40頁；當前第10頁；編輯于星期六\7點32分11基于巴俾涅原理

互補測量法光波照射兩個互補屏（一個衍射屏的開孔部分正好與另一個衍射屏的不透明部分對應(yīng)，反之亦然。），所產(chǎn)生的衍射圖樣的形狀和光強完全相同，僅相位差為。S為暗條紋間距；xk為k級暗條紋位置本文檔共40頁；當前第11頁；編輯于星期六\7點32分12b值越小，波長越大，級次k越大，值越大。假設(shè):那么:1.靈敏度：d.單縫衍射測量的技術(shù)特性如果的測量分辨率是12本文檔共40頁；當前第12頁；編輯于星期六\7點32分13狹縫b的測量誤差為：2222)()()(kkkkxxkffxkxkfbdldldld++±=2.測量精度：假設(shè)測量,f和的測量誤差分別為、f、

考慮到環(huán)境干擾的影響,13本文檔共40頁；當前第13頁；編輯于星期六\7點32分14

這意味著db的變化量可放大250倍。但隨著b的增大，放大倍數(shù)將急劇地減小。f的增大將受到儀器尺寸的限制。所以衍射測量的高測量精度只有在測量微小尺寸時才能夠得到保證。這就決定了衍射測量的測量范圍很小。

3.測量范圍：14本文檔共40頁；當前第14頁；編輯于星期六\7點32分15

如果狹縫寬度太小(例如b=1m),光學(xué)透鏡成象的近軸條件得不到滿足，所以b不能太小。當b的范圍為:15本文檔共40頁；當前第15頁；編輯于星期六\7點32分1616圓孔半徑aL衍射屏觀察屏焦距f中央亮斑(愛里斑)1

圓孔衍射裝置示意圖1.22(/D)sin01I/I0

圓孔衍射的相對光強曲線衍射強度分布為：

圓孔衍射測量16本文檔共40頁；當前第16頁；編輯于星期六\7點32分1717夫瑯和費圓孔（或圓屏）衍射決定了決定了望遠鏡、照相機、顯微鏡等光學(xué)儀器的分辨能力。圓孔衍射圖樣

光學(xué)儀器的分辨率17本文檔共40頁；當前第17頁；編輯于星期六\7點32分18

光柵衍射測量具有周期性的空間結(jié)構(gòu)或光學(xué)性能（如透射率、折射率）的衍射屏統(tǒng)稱為光柵。光柵刻線也稱為柵線，柵線間的距離叫做柵距（亦稱光柵節(jié)距或光柵常數(shù)）。光柵分類：

粗光柵（光柵常數(shù)d遠大于照明光波長）和細光柵（d接近或稍大于照明光波長）；透射光柵和反射光柵；平面光柵和凹面光柵；黑白光柵和正弦光柵；一維光柵、二維光柵和三維光柵；直線光柵和圓光柵；物理光柵和計量光柵等。18本文檔共40頁；當前第18頁；編輯于星期六\7點32分19物理光柵：光柵刻線細密，工作原理是建立在衍射分光現(xiàn)象基礎(chǔ)上，主要用途為光譜分析、波長測定，廣泛應(yīng)用于光譜儀和光通信中。

光柵光譜儀裝置圖光柵型波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)示意圖計量光柵：光柵刻線較粗，工作原理是莫爾條紋現(xiàn)象，主要用于位移的精密測量和控制。19本文檔共40頁；當前第19頁；編輯于星期六\7點32分20本文檔共40頁；當前第20頁；編輯于星期六\7點32分211、莫爾條紋起源2、1874年，英國物理學(xué)家瑞利首次將莫爾條紋作為一種計量測試手段，開創(chuàng)了莫爾測試技術(shù)。3、光柵莫爾條紋法：利用計量光柵元件產(chǎn)生莫爾條紋的計測方法。4、可測量角度、長度、振動等。5、在自動跟蹤、軌跡控制、變形測試、三維物體表面輪廓測量等方面有廣闊的應(yīng)用。4.2莫爾條紋測試技術(shù)21本文檔共40頁；當前第21頁；編輯于星期六\7點32分221、遮光原理：一塊光柵的不透光線紋對另一光柵縫隙的遮擋作用。2、衍射干涉原理：衍射波之間的干涉結(jié)果3、傅里葉變換原理：光柵副透射光場分解為不同空間頻率的離散分量，莫爾條紋由低于光柵頻率的空間頻率項所組成。光柵條紋較疏的可直接用遮光原理來解釋；而光柵條紋較密的用衍射干涉原理來解釋更為恰當；而傅立葉變換原理是一種廣義的解釋。

莫爾條紋的形成22本文檔共40頁；當前第22頁；編輯于星期六\7點32分231、遮光原理：幾何法--莫爾條紋寬度公式23本文檔共40頁；當前第23頁；編輯于星期六\7點32分24兩塊光柵的交角很小：以莫爾條紋對于Y軸的夾角表示其方位：兩塊光柵節(jié)距相等時，莫爾條紋垂直于柵線交角的角平分線。24本文檔共40頁；當前第24頁；編輯于星期六\7點32分25序數(shù)方程法A光柵的柵線序列為i＝0，1，…,B光柵的柵線序列為j＝0，1，…,兩光柵的柵線交點用[i,j]來表示K=j-i:莫爾條紋。A光柵的柵線方程B光柵柵線的斜率25本文檔共40頁；當前第25頁；編輯于星期六\7點32分26B光柵任意一柵線j與x軸交點（0，j）的坐標:由點斜式求出B光柵柵線方程:對應(yīng)于某一k值的莫爾條紋方程:26本文檔共40頁；當前第26頁；編輯于星期六\7點32分27莫爾條紋的寬度w及其對y軸的夾角：27本文檔共40頁；當前第27頁；編輯于星期六\7點32分28（a）

橫向莫爾條紋（b）與縱向莫爾條紋28本文檔共40頁；當前第28頁；編輯于星期六\7點32分292、衍射干涉原理：光柵副的衍射級次光柵副衍射光的干涉29本文檔共40頁；當前第29頁；編輯于星期六\7點32分30

莫爾條紋的基本性質(zhì)1、放大性柵距放大了1/θ倍微小位移變化放大提高了測量的靈敏度2、同步性光柵移動一個柵距，莫爾條紋就移動一個條紋寬度w3、準確性當光柵有局部誤差時，由于平均效應(yīng)，使光柵缺陷或局部誤差對測量精度的影響大大減少。

30本文檔共40頁；當前第30頁；編輯于星期六\7點32分31

莫爾條紋測試技術(shù)1、莫爾條紋測量位移將被測幾何量轉(zhuǎn)換為莫爾條紋的變化將莫爾條紋的變化經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為電信號光柵傳感器示意圖1-燈；2-聚光鏡；3-標尺光柵；4-指示光柵；5-硅光電池長度測量---長光柵31本文檔共40頁；當前第31頁；編輯于星期六\7點32分a、測量原理b、零位光柵記錄波形變化周期數(shù)（條紋移動數(shù)）N，光柵的位移量x=Nwc、辨向與細分a)標尺光柵b)指示光柵c)零位脈沖32本文檔共40頁；當前第32頁；編輯于星期六\7點32分角度測量---圓光柵d)徑向圓光柵；e)形成的條紋；f)徑向光柵條紋解析圖a)切向圓光柵；b)形成的環(huán)形條紋；c)切向光柵條紋解析圖；33本文檔共40頁；當前第33頁；編輯于星期六\7點32分切向圓光柵徑向圓盤光柵條紋寬度不是一個定值，隨條紋所處位置的不同而有所變化。條紋寬度上等距分布的各點并不對應(yīng)于一個節(jié)距角內(nèi)光柵的等距位移。R為圓光柵上某點的刻劃半徑；α為圓光柵角節(jié)距；r為小圓半徑；2s為兩光柵中心距。34本文檔共40頁；當前第34頁；編輯于星期六\7點32分光柵式位移測量特點：①精度高：可達0.1微米②大量程測量兼有高分辨力③可實現(xiàn)動態(tài)測量④具有較強的抗干擾能力35本文檔共40頁；當前第35頁；編輯于星期六\7點32分2、莫爾偏折法測量光學(xué)系統(tǒng)焦距

-------Talbot距離泰伯效應(yīng)（Talbot）：平面波照明一個具有周期性透過率函數(shù)的物體時，會在該物體后某些特定距離上重現(xiàn)該周期函數(shù)的圖像36本文檔共40頁；當前第36頁；編輯于星期六\7點32分莫爾偏折法是泰伯效應(yīng)與莫爾條紋技術(shù)的結(jié)合利用第一塊光柵的Talbot像受相位物體影響的變形與第二塊光柵形成的莫爾條紋發(fā)生傾斜來表示被測物體的信息。S為待測透鏡與光柵G1之間的距離；為莫爾條紋偏轉(zhuǎn)的角度，Z為Talbot距離。37本文檔共40頁；當前第37頁；編輯于星期六\7點32分3、莫爾輪廓術(shù)測量三維物體形貌

利用一個基準光柵與投影到三維物體表面上并受表面高度調(diào)制的變形光柵疊合形成