提高激光衍射图样暗纹间距测量精度的一种新方法

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1、贺国权:提高激光衍射图样暗纹间距测量精度的一种新方法提高激光衍射图样暗纹间距测量精度的一种新方法贺国权(涪陵师范学院物理系　重庆涪陵　408003)摘　要:根据间距插值细分的理论,介绍用硬件电路的方法来提高激光衍射图样暗纹间距的测量精度,给出了电路框图和模拟实验结果。结果表明,在激光衍射测微中,用硬件插值细分的方法可以使其测量精度更为精确。关键词:激光衍射图样;暗纹间距;间距插值;固体图像传感器中图分类号:TG806　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:1004373X(2004)1510603AKindofNewMethodofI

2、mprovingMeasuringAccuracyonDarkStripeSpanofLaserDiffractionFringeHEGuoquan(DepartmentofPhysics,FulingTeachersCollege,Fuling,408003,China)Abstract:Accordingtothetheoryofequidistancesubdivision,thepaperinvestigatesthatraisingthemeasureprecisionofdarkstripespanoflaserdiffrac

3、tionfringebymethodofhardwarecircuit,circuitprincipleandsimulationexperimentresultforlaserdiffrac2tionarepresented1Thissimulatedexperimentshowsthatthemethodwiththehardwareequidistantsubdivisioncanimprovehighlyitsmeasuredaccuracyinlaserdiffractionmeasurefinewirediameters1Ke

4、ywords:laserdiffractionfringe;darkstripespan;equidistancesubdivision;solidstateimagesensor2　　利用激光衍射测量细丝(如光导纤维、漆包线、纱线要满足远场衍射条件L>>döK,其中:d为细丝直径;K为和微小孔等)的直径关键在于衍射图样暗纹间距S的测HeNe激光波长;L为细丝到接收屏的距离,如图1所示。量。目前,为了提高器件的分辨率和测量精度,S的测量主要采用高位数(2048b以上)、小中心距(7～13Lm)的[1～3]固体图像传感器(SSPA或CCD)

5、,但成本增加,而且器件中心距的减少总是有限的,随着中心距的减少、器件的光响应不均匀性增大,从而影响测量精度,这样器件的应用受到了一定的限制(特别是低位数、大中心距的器件);另一种方法是利用最小二乘法对衍射图样进行曲线图1　激光衍射测细丝直径原理[1～3]拟合,但要多次采集数据,次数越多测量精度越高。为出现暗条纹的条件是:此本文根据间距插值细分的原理,在硬件电路方面对固体dsinH=kK(1)图像传感器输出信号进行间距插值处理,理论上讲这种插其中:k为暗纹级数;H为被测细丝到第k级暗纹的连线和值是充分的,因而测量精度不再受固体图像传感器像元

6、中光线主轴的夹角,当H很小时,sinH¦tanH=xköL,则可心距大小的限制。得:d=kLKöxk=LKöS(2)1　激光衍射测量原理其中:xk为第k级暗条纹到光轴中心的距离;S为暗纹周直径为d的细丝和不透明屏上宽度为d的单缝可看成期,而暗纹周期是相等的。因为激光波长是已知的,所以测一对互补屏,依据Babinet原理,激光束照射到被测细丝上,细丝直径d的问题变为通过固体图像传感器测量暗纹周在接收屏上可形成和单缝衍射相同的夫琅禾费衍射条期S和L的问题,对式(2)全微分,得到:[1,2]纹,在距细丝L处用固体图像传感器接收其衍射信号。只LK

7、KL$d=$K+$L+2$S(3)SSS-5收稿日期:20040405　　由于激光波长误差$K极小(<10K),可忽略不计。基金项目:重庆市高校优秀骨干教师资助计划资助项目所以,测量精度主要在于提高测量L和S的精度。L的测定重庆市教委科研项目利用标准细针(丝)对测量系统进行标定,通过解方程的方106《现代电子技术》2004年第15期总第182期监测与分析法可以消除其影响。因此,关键在于S的精确测量,测量误值无衰减。零阶保持器不是理想低通滤波器,高频分量仍差主要源于$S。有一部分能够通过。要进一步恢复出信号V0(t),必须再滤掉高频部分。本

8、文即是在零阶保持后,再加有源低通滤波2　固体图像传感器的输出信号器,进一步滤掉高频分量,恢复出V0(t)信号。固体图像传感器的输出是离散的时间信号。其作用可连接间断点部分是为了避免每个扫描周期