光纤测量有关微位移测量

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1、实用标准高精度光学测量微位移技术综述摘要：光纤测量技术由于自身具有分辨率高而且测量范围大的优势，使其的应用越来越重要和广泛。本文综合概述了光纤测量技术的基本原理，以及几种光纤测量的方法及特性和相关的应用。并于传统的非光学检测进行比较，进而得出光纤测量技术的优势以及未来的发展方向。关键字：光纤测量技术；测量方法特性；发展方向；应用0引言随着光纤技术理论的不断深化，光纤制造工艺日臻完善，各种类型的光纤元器件逐步商品化，为光纤测试技术的发展奠定了理论基础和物理基础。由于光纤有良好的传光特性（对光波的损耗目前可低达0.2dB/km），有比微波高6个数量级耳朵宽频带，再加上光纤本身就是一种敏感元件

2、，光在光纤中传输时振幅、相位、偏振态等将随着检测对象的变化而变化。因此，用光纤制作的传感器与传统的各类传感器相比具有一系列的独特优点，如低损耗、体积小、重量轻、耐腐蚀、成本低等，广泛应用于国防军事、航空航天、计量测试等各种领域。1光纤测量技术概述光纤测量技术在计量测试中有广泛的应用，按光学原理不同，光学测量技术可分为激光三角测量、光杠杆法、光栅尺测量法、光纤位移测量法和激光干涉法等，测量分辨力在几十皮米到几纳米之间。衍射效应进行位移测量的X射线干涉技术近来年备受关注[1]，其最大特点是以晶格结构中的原子间距作为溯源标准，可实现皮米量级的高分辨率，减小了光学干涉仪的各种非线性误差，但它普遍

3、用于金属研究和材料测试的常规方法。电学根据原理不同可以分为电容测量、电感测量、扫描探针测量。其分辨率在零点几到几纳米之间而且范围广泛。2光学检测2.1激光三角测量文案大全实用标准在激光三角法中，由光源发出的一束激光照射在待测物体平面上，通过反射最后在检测器上成像。当物体表面的位置发生改变时，其所成的像在检测器上也发生相应的位移。通过像移和实际位移之间的关系式,真实的物体位移可以由对像移的检测和计算得到。激光三角法的框图如图1所示。其中，Α是投影光轴与成像物镜光轴的夹角；Β是光电探测器受光面与成像物镜光轴的夹角，而s和s分别是物距和像距,d是传感器上的成像点的偏移，而∆为实际的物体表面的偏

4、移。系统的相关参数为：偏置距离D为从传感器到被测表面参考点的距离；测量范围为最大能检测到的物体表面的偏移，即的最大值；测量精度，传感器的最小测量单位；分辨率一般指测量的纵向分辨率，为测量精度和测量范围之比；横向分辨率为待测物体表面上所取测量点的最小间距。图1激光三角法的原理框图为了实现完美聚焦，光路设计必须满足斯凯普夫拉格条件；成像面、物面和透镜主面必须相交于同一直线，如图1中X点所示。系统的非线性的输入输出函数为：(1)又可以写为：(2)其中：，为三角测量系统的固定参数。当物体偏移较小时，(1)式可以近似为线性关系：(3)文案大全实用标准激光三角法的另一项重要的参数为线性度，就是三角测

5、量法输入和输出的关系的线性近似程度。可以证明，在三角测量中，可以通过缩小测量范围，增大接收透镜的共轭距，增大三角测量系统的角度，缩小接收透镜的放大倍率，达到线性测量的结果[2]。此外，由(1)式对d求导，得到输入输出曲线的斜率，即激光三角法的放大倍率。(4)系统的放大倍率决定了系统的分辨率，而放大倍率不但取决于系统参数，还是像移d函数。激光三角传感器的主要优点有:(1)与非接触测量相比，它解决了接触测量中接触侧头与工件之间的接触压力；解决了接触侧头半径较大带来的横向分辨率问题；提高了检测速度（kHz极，而接触式测量为1Hz左右)。(2)与其它非接触方法相比：具有大的偏置距离和大的测量范围

6、，对待测表面要求较低，而离焦检测法和光干涉法等通常只能测量非常光滑的表面。此外，三角测量法还具有如下特点：采用半导体激光器，测量仪器体积较小；激光方向性好，光功率高，从而使测量仪器分辨率高、稳定性，测量精度高；与计算机结合，形成智能测试系统；在生产现场实现在线检测；适用范围广。但激光三角传感器的还是需要解决的地方激光三角传感器的主要问题及相应的解决方法。在传感器系统方面：(1)入射光束的焦深限制：一般的高斯光束聚焦为入射光时，会出现光斑尺寸随测量范围变大而离焦变大的情况，使系统很难满足高分辨率和大测量范围的要求。当采用CCD为检测器时，相应的改进方法是采用重心法取CCD输出矩形脉冲的中心

7、位置；而采用PSD为检测器时可以较好的避免光斑形状的影响，但仍会影响系统的分辨率。在文献中提出采用无衍射光束作为光源解决这个问题。(2)光学系统的像差使得物体上任一点发出的光束通过光学系统后，不能汇聚于一点，而是形成一个弥散斑或者使像不能严格表现出原物的形状。相应的改进方法是在接收透镜的设计中考虑像差的因素。(3)非线性的输入和输出之间的关系。改进的方法有，通过较优的标定方法制作查找表，之后在测量过程中查表得到具体的物体位移值。在待