1、激光三角法测距。
利用激光良好的方向性，以及几何光学成像的比例特性，将一束激光照射到物体上，在与激光光束成一定角度的位置用光学成像系统检测照射到物体的光斑，这样镜头-光斑、镜头平面到激光光束的连线、光斑到镜头平面与激光光束交点构成一三角形，而镜头-光斑的像、镜头平面以及过光斑的像的激光光束平行线与镜头平面的交点成一个与前面所描述的三角形相似的三角形。用光电传感器阵列检测到光斑的像的位置，则可以根据三角形性质计算出光斑位置。这种测量方法适合距离较短的情况。
目前的激光三坐标测量机（抄数机）一般都采用激光三角法测距。
2、光速法测距。
利用光速不变原理，检测激光发射与反射光反射回来的时间差，从而计算出距离。为了提高精度，可以将激光调制上一个低频信号，利用测量反射光的相位差来测得反射时间差。这种方法一般用于远距离测量。
目前各种激光测距仪一般用这种方法测量。
3、激光干涉法测距。
这是一种相对测量，它无法测得一个物体离仪器的绝对距离，但可以测得两被测物体的相对距离。它的原理是一台迈克尔逊干涉仪，利用反射镜距离变化时干涉条纹的变化来测量，反射镜从物体A运动到物体B，干涉条纹变化的数量反映了其距离。这种测量要求条件较高，但是可以精确测量，它也是目前所有测量手段中最精确的一种。
4、光学图象识别技术测量位移。
其所用原理与三角法相似，但是可以不用激光，而是直接对移动物体拍照，利用前后两幅图片中物体在图片中的位移来计算物体真实的位移。、
这种技术在光电鼠标中大量使用。
5、光栅测量位移。
利用光栅形成的莫尔条纹，计算莫尔条纹变化量即可计算出位移量。
这是目前应用最多的技术，光栅尺大量应用于工业上的行程测量。
6、激光衍射法测量细丝、小孔直径和狭缝宽度。
测量衍射斑的大小就可以计算出孔或缝的尺寸。
7、激光扫描法测量物体外尺寸。
其本质就是利用光的直线传播原理和激光的良好方向性，通过测量物体影子的尺寸来间接得到物体尺寸。
8、激光多普勒测量位移。
利用多普勒频移原理测量物体的速度，对速度进行积分就得到位移。
9、激光全息法、散斑法测量位移。
原理十分复杂，我就不讲了，你有兴趣的话可以自己查资料。
全国中学生物理竞赛集锦（光学） 第21届预赛2004.9.5 一、（15分）填空 1．d ．一个可见光光子的能量的数量级为_________J 。 2．已知某个平面镜反射的光能量为入射光能量的80％。试判断下列说法是否正确，并简述理由。 a ． 反射光子数为入射光子数的80％； b ．每个反射光子的能量是入射光子能量的80％。 六、（15分）有一种高脚酒杯，如图所示。杯内底面为一凸起的球面，球心在顶 点O 下方玻璃中的C 点，球面的半径R ＝1.50cm ，O 到杯口平面的距离为8.0cm 。在 杯脚底中心处P 点紧贴一张画片，P 点距O 点6.3cm 。这种酒杯未斟酒时，若在杯口 处向杯底方向观看，看不出画片上的景物，但如果斟了酒，再在杯口处向杯底方 向观看，将看到画片上的景物。已知玻璃的折射率n 1＝1.56，酒的折射率n 2＝1.34。 试通过分析计算与论证解释这一现象。 第21届复赛 四、(20分)目前，大功率半导体激光器的主要结构形式是由许多发光区等距离地 排列在一条直线上的长条状，通常称为激光二极管条．但这样的半导体激光器发出的是很多束发散光束，光能分布很不集中，不利于传输和应用．为了解决这个问题，需要根据具体应用的要求，对光束进行必需的变换（或称整形）．如果能把一个半导体激光二极管条发出的光变换成一束很细的平行光束，对半导体激光的传输和应用将是非常有意义的．为此，有人提出了先把多束发散光会聚到一点，再变换为平行光的方案，其基本原理可通过如下所述的简化了的情况来说明． 如图，S 1、S 2、S 3 是等距离（h ）地 排列在一直线上的三个点光源，各自向 垂直于它们的连线的同一方向发出半顶 角为α =arctan ()41的圆锥形光束．请使用三个完全相同的、焦距为f = 1.50h 、半 径为r =0.75 h 的圆形薄凸透镜，经加工、 组装成一个三者在同一平面内的组合透 镜，使三束光都能全部投射到这个组合透镜上，且经透镜折射后的光线能全部会聚于z 轴（以S 2为起点，垂直于三个点光源连线，与光束中心线方向相同的射线）上距离S 2为 L = 12.0 h 处的P 点．（加工时可对透镜进行外形的改变，但不能改变透镜焦距．） 1．求出组合透镜中每个透镜光心的位置． 2．说明对三个透镜应如何加工和组装，并求出有关数据． 第20届预赛
光学干涉测量技术 ——干涉原理及双频激光干涉 1、干涉测量技术 干涉测量技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。相干光波在干涉场中产生亮、暗交替的干涉条纹，通过分析处理干涉条纹获取被测量的有关信息。 当两束光亮度满足频率相同，振动方向相同以及相位差恒定的条件，两束光就会产生干涉现象，在干涉场中任一点的合成光强为： 122I I I πλ=++ 式中△是两束光到达某点的光程差。明暗干涉条纹出现的条件如下。 相长干涉（明）： min 12I I I I ==+ （ m λ=） 相消干涉（暗）： min 12I I I I ==+-， （12m λ? ?=+ ??? ） 当把被测量引入干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差则发生变化。通过测量干涉条纹的变化量，即可以获得与介质折射率和几何路程有关的各种物理量和几何量。 按光波分光的方法，干涉仪有分振幅式和分波阵面式两类。按相干光束传播路径，干涉仪可分为共程干涉和非共程干涉两种。按用途又可将干涉仪分为两类，一类是通过测量被测面与参考标准波面产生的干涉条纹分布及其变形量，进而求得试样表面微观几何形状、场密度分布和光学系统波像差等，即所谓静态干涉；另一类是通过测量干涉场上指定点干涉条纹的移动或光程差的变化量，进而求得试样的尺寸大小、位移量等，即所谓动态干涉。 下图是通过分波面法和分振幅法获得相干光的途径示意图。光学测量常用的是分振幅式等厚测量技术。 图一 普通光源获得相干光的途径 与一般光学成像测量技术相比，干涉测量具有大量程、高灵敏度、高精度等特点。干涉测量应用范围十分广泛，可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测量。在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪（图二）、马赫-泽德干涉仪、菲索
178 第6章 波动光学（Ⅲ）——光的偏振 一．基本要求 1．理解光的偏振的概念，光的五种偏振态的获得和检测方法； 2．掌握马吕斯定律及其应用； 3．掌握反射光和折射光的偏振，掌握布儒斯特定律及其应用； 4．了解光的双折射现象； 5．了解偏振光的应用。 二．内容提要和学习指导 （一）光的五种偏振状态：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。 （二）线偏振光的获得和检验 1．线偏振光的获得： ①利用晶体的选择性吸收，可以制造偏振片。偏振片可用作起偏器，也可用作检偏器。 ②利用反射和折射偏振。布儒斯特定律：自然光在两种介质的界面发生反射和折射时，一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光，在反射光中，垂直入射面的光振动较强，在折射光中，平行入射面的光振动较强。当自然光以布儒斯特角1 21tan b i n -=入射（或 /2i γπ'+=，或反射光线垂直于折射光线）时，反射光是线偏振光，其光振动垂直于入射 面，此时折射光仍然是部分偏振光。 ③利用晶体的双折射。一束光射入各向异性介质时，折射光分成两束。其中一束光遵守折射定律，称为寻常光（o 光）。另一束光不遵守折射定律，称为非常光（e 光）。 o 光和e 光均是线偏振光。o 光的振动方向垂直于o 光的主平面，e 光的振动方向在e 光的主平面内。光线沿光轴方向入射时，o 光和e 光的传播速度相同。在晶体内，o 光的子波波面为球面波，e 光的子波波面为旋转椭球面，利用惠更斯原理作图，可确定o 光和e 光的传播方向。 利用晶体的双折射现象，可以制造偏振棱镜和波片。 2．线偏振光的检验：①利用偏振片：由马吕斯定律可得，线偏振光经过检偏器后，出射光强I 与入射光强0I 的关系为：α2 0cos I I =，其中α是入射线偏振光偏振方向和偏振片通光方向的夹角。②利用反射和折射偏振。③利用偏振棱镜。 （三）圆偏振光或椭圆偏振光的获得和检验：线偏振光经过四分之一波片后出射的为椭圆偏振光，当平面偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴方向成450角时，出射的为圆偏振光。平面偏振光经过二分之一波片后，出射的仍为平面偏振光。四分之一波片结合检偏器可检验圆偏振光和椭圆偏振光。 （四）偏振光的应用：①应用偏振光的干涉。利用晶片和检偏器可以使偏振光分成振动方向相同、相差恒定的相干光而发生干涉。②应用应力双折射。某些非晶体物质在机械力作用下拉伸或压缩时，就会获得各向异性的性质。③应用旋光效应。④应用电光效应。⑤应用磁光效应。 三．习题解答和分析 6.1．自然光通过两个偏振化方向间成60?角的偏振片，透射光强为I 1。现在这两块偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成30?角，透射光强为多少？ 【解】设入射的自然光光强为0I ，则
实验一量块的使用 一、实验目的 1、能正确进行量块组合，并掌握量块的正确使用方法； 2、加深对量值传递系统的理解； 3、进一步理解不同等级量块的区别； 二、实验仪器设备 量块；千分表；测量平板；千分尺校正棒。 三、实验原理 1量块的测量平面十分光洁和平整，当用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触时，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性。利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组。 四、实验内容与步骤 （一）实验内容 采用合理的量块组合，测量千分尺校正棒。 （二）实验步骤 1 用千分表测量千分尺校正棒 2 据所需要的测量尺寸，自量块盒中挑选出最少块数的量块。（每一个尺寸所拼凑的量块数目不得超过 4~5 块，因为量块本身也具有一定程度的误差，量块的块数越多，便会积累成较大的误差。） 3量块使用时应研合，将量块沿着它的测量面的长度反向，先将端缘部分测量面接触，使初步产生粘合力，然后将任一量块沿着另一个量块的测量面按平行方向推滑前进，最后达到两测量面彼此全部
研合在一起。 4正常情况下，在研合过程中，手指能感到研合力，两量块不必用力就能贴附在一起。如研合立力不大，可在推进研合时稍加一些力使其研合。推合时用力要适当，不得使用强力特别在使用小尺寸的量块时更应该注意，以免使量块扭弯和变形。 5如果量块的研合性不好，以致研合有困难时，可以将任意一量块的测量面上滴一点汽油，使量块测量面上沾有一层油膜，来加强它的黏结力，但不可使用汗手擦拭量块测量面，量块使用完毕后应立即用煤油清洗。 6量块研合的顺序是：先将小尺寸量块研合，再将研合好的量块与中等尺寸量块研合，最后与大尺寸量块研合。 7. 记录数据； 六思考题 量块按“等”测量与按“级”测量哪个精度比较高？
实验一直线度误差的测量 一、实验目的 掌握按“节距法”测量直线度误差的方法。 二、测量原理及数据处理 对于很小表面的直线度误差的测量常按“节距法”，应是将被测平面分为若干段，用小角度度量仪（水平仪、自准直仪）测出各段对水平线的倾斜角度，然后通过计算或图解来求得轮廓线的直线度误差。本实验用合像水平仪。 具体测量方法如下： 将被测表面全长分为n段，每段长l=L/N应是桥板的跨距。将桥板置于第一段，桥板的两支承点放在分段点处，并把水平仪放在桥板上，使两者相对固定（用橡皮泥粘住）记下读数a1（单位为格）。然后将桥板沿放测表面移动，逐段测量下去，直至最后一段（第n段）。如图1每次移l，并要使支承点首尾相接，记下每段读数（单位为格）a1、a2、……a n。最后按下列步骤（见例）列表计算出各测量点对两端点连线的直线度偏差Δh i，并取最大负偏差的绝对值之和作为所求之直线度误差。 [例]设有一机床导轨，长2米（L=2000mm），采用桥板跨距l=250mm，用分度值c=0.02mm/m的水平仪，按节距法测得各点的读数a i（格）如表1。 表1
也可用作图法求出直线度误差，如图2。 作图法是在坐标纸上，以导轨长度为微坐标，各点读数累积为纵坐标，将测量得到的各点读数累积后标在坐标上，并将这些坐标点连成折线，以两端点连线作为评定基准，取最大正偏差与最大负偏差的绝对值之和，再换算为线值（μ），即为所求之直线度误差。 测量导轨直线度误差时，数据处理的根据，可由下图看出：（图3） A i — 导轨实际轮廓上的被测量点（i =0、1、2、……、n ）； a i — 各段上水平仪的读数（格）； Y i — 前后两测量点（i -1，i ）的高度差； h i — 各测点（A i ）到水平线（通过首点A 0）的距离（μ），显然 1 'i n i i h y == ∑
1、激光三角法测距。 利用激光良好的方向性，以及几何光学成像的比例特性，将一束激光照射到物体上，在与激光光束成一定角度的位置用光学成像系统检测照射到物体的光斑，这样镜头-光斑、镜头平面到激光光束的连线、光斑到镜头平面与激光光束交点构成一三角形，而镜头-光斑的像、镜头平面以及过光斑的像的激光光束平行线与镜头平面的交点成一个与前面所描述的三角形相似的三角形。用光电传感器阵列检测到光斑的像的位置，则可以根据三角形性质计算出光斑位置。这种测量方法适合距离较短的情况。 目前的激光三坐标测量机（抄数机）一般都采用激光三角法测距。 2、光速法测距。 利用光速不变原理，检测激光发射与反射光反射回来的时间差，从而计算出距离。为了提高精度，可以将激光调制上一个低频信号，利用测量反射光的相位差来测得反射时间差。这种方法一般用于远距离测量。 目前各种激光测距仪一般用这种方法测量。 3、激光干涉法测距。 这是一种相对测量，它无法测得一个物体离仪器的绝对距离，但可以测得两被测物体的相对距离。它的原理是一台迈克尔逊干涉仪，利用反射镜距离变化时干涉条纹的变化来测量，反射镜从物体A运动到物体B，干涉条纹变化的数量反映了其距离。这种测量要求条件较高，但是可以精确测量，它也是目前所有测量手段中最精确的一种。 4、光学图象识别技术测量位移。 其所用原理与三角法相似，但是可以不用激光，而是直接对移动物体拍照，利用前后两幅图片中物体在图片中的位移来计算物体真实的位移。、 这种技术在光电鼠标中大量使用。 5、光栅测量位移。 利用光栅形成的莫尔条纹，计算莫尔条纹变化量即可计算出位移量。 这是目前应用最多的技术，光栅尺大量应用于工业上的行程测量。 6、激光衍射法测量细丝、小孔直径和狭缝宽度。 测量衍射斑的大小就可以计算出孔或缝的尺寸。
光学测量技术详解(图文) 光学测量是生产制造过程中质量控制环节上重要的一步。它包括通过操作者的观察进行的快速、主观性的检测，也包括通过测量仪器进行的自动定量检测。光学测量既可以在线下进行，即将工件从生产线上取下送到检测台进行测量；还可以在线进行，即工件无须离开产线；此外，工件还可以在生产线旁接受检测，完成后可以迅速返回生产线。 人的眼睛其实就是一台光学检测仪器；它可以处理通过晶状体映射到视网膜上的图像。当物体靠近眼球时，物体的尺寸感觉上会增加，这是因为图像在视网膜上覆盖的“光感器”数量增加了。在某一个位置，图像达到最大，此时再将物体移近时，图像就会失焦而变得模糊。这个距离通常为10英寸（250毫米）。在这个位置上，图像分辨率大约为0.004英寸（100微米）。举例来说，当你看两根头发时，只有靠得很近时才能发现它们之间是有空隙的。如果想进一步分辨更加清楚的细节的话，则需要进行额外的放大处理。 本部分设定了隐藏，您已回复过了，以下是隐藏的内容 人的眼睛其实就是一台光学检测仪器；它可以处理通过晶状体映射到视网膜上的图像。本图显示了人眼成 像的原理图。 人眼之外的测量系统 光学测量是对肉眼直接观察获得的简单视觉检测的强化处理，因为通过光学透镜来改进或放大物体的图像，可以对物体的某些特征或属性做出准确的评估。大多数的光学测量都是定性的，也就是说操作者对放大的图像做出主观性的判断。光学测量也可以是定量的，这时图像通过成像仪器生成，所获取的图像数据再用于分析。在这种情况下，光学检测其实是一种测量技术，因为它提供了量化的图像测量方式。 无任何仪器辅助的肉眼测量通常称为视觉检测。当采用光学镜头或镜头系统时，视觉检测就变成了光学测量。光学测量系统和技术有许多不同的种类，但是基本原理和结构大致相同。
111 第3章 介质对光的吸收、色散和散射 在前两章中讨论了光在各向同性和各向异性介质中的传播规律。应当注意的是，光在介质中的传播过程实际上就是光与介质相互作用的过程。由于光在介质中传播时会与物质发生相互作用，因此会使光波的特性发生改变，例如，介质对光波的吸收会使光波的强度或能量减弱；不同波长的光在介质中传播时速度不同，并且按不同的折射角散开，即发生光的色散；光在浑浊介质中传播时还会发生光的散射等。光的吸收、色散和散射现象是光在介质中传播时发生的普遍现象，这一章将对这些现象和所遵循的基本规律进行讨论，并介绍它们在物质成分、含量和浓度分析与检测等方面的应用。 3.1 光与物质相互作用的经典理论 光在介质中的吸收、色散和散射现象实际上就是光与介质相互作用的结果。因此，要正确认识光的吸收、色散和散射现象，就要深入研究光与介质相互作用的理论。本节将讨论光与介质相互作用的经典理论以及色散和吸收曲线。 3.1.1 光与介质相互作用的经典理论 洛仑兹的电子论假定：组成介质的原子或分子内的带电粒子被准弹性力束缚在它们的平衡位置附近，并且具有一定的固有振动频率。在入射光的作用下，介质发生极化，带电粒子随入射光的频率作受迫振动。由于带正电荷的原子核质量比电子大很多倍，因此，可认为正电荷的中心不动，而负电荷相对于正电荷作振动。因为正、负电荷的电量绝对值相同，这样构成一个电偶极子，其电偶极矩为 r q p = （3.1-1） 式中，q 是电荷的电量，r 是从正电荷中心指向负电荷中心的矢径。而且，这个电偶极子将辐 射次波，如图3-1所示。 假设光波()()t i r E E ω-=ex p ~ 入射到气体介质内，并对气体介质内的束缚电子受迫振动。这样，根据牛顿定律，电子受迫振动的方程为 dt r d g r k E q dt r d m --=22 （3.1-2）
互换性实验指导书 机械工程学院
实验一量块的使用 一、实验目的 1、能正确进行量块组合，并掌握量块的正确使用方法； 2、加深对量值传递系统的理解； 3、进一步理解不同等级量块的区别； 二、实验仪器设备 量块；千分表；测量平板；被测件。 三、实验原理 量块的测量平面十分光洁和平整，当用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触时，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性。利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组。 四、实验内容与步骤 （一）实验内容 采用合理的量块组合，测量被测零件尺寸高度。 （二）实验步骤 1.用游标卡尺测量被测件 2.据所需要的测量尺寸，自量块盒中挑选出最少块数的量块。（每一个尺寸所拼凑的量块数目不得超过 4块，因为量块本身也具有一定程度的误差，量块的块数越多，便会积累成较大的误差。） 3.量块使用时应研合，将量块沿着它的测量面的长度反向，先将端缘部分测量面接触，使初步产生粘合力，然后将任一量块沿着另一个量块的测量面按平行方向推滑前进，最后达到两测量面彼此全部研合在一起。
4.将研合后的量块与被测件同时放到测量平板上，在测量平板上移动指示表的测量架，使指示表的测头与量块上工作表面相接触，转动指示表的刻度盘，调整指示表示值零位。 5.抬起指示表测头，将被测件放在指示表测头下，取下量块，记录下指示表的读数。 6.量块的尺寸与指示表的读数之和就是被测件的尺寸。 7. 记录数据； 五、思考题 量块按“等”测量与按“级”测量哪个精度比较高？
实验二常用量具的使用 一、实验目的 1、正确掌握千分尺、内径百分表、游标卡尺的正确使用方法； 2、掌握对测量数据的处理方法； 3、对比不同量具之间测量精度的区别。 二、实验仪器设备 外径千分尺；内径百分表；游标卡尺；轴承等。 三、实验原理 分度值的大小反映仪器的精密程度。一般来说，分度值越小，仪器越精密，仪器本身的“允许误差”（尺寸偏差）相应也越小。学习使用这些仪器，要注意掌握它们的构造特点、规格性能、读数原理、使用方法以及维护知识等，并注意要以后的实验中恰当地选择使用。 四、实验内容及实验步骤 （一）实验内容 1、熟悉仪器的结构原理及操作使用方法。 2、用外径千分尺、内径百分表、游标卡尺测量轴承内、外径。 3、对所测数据进行误差处理，得出最终测量结果。 （二）实验步骤 1、用游标卡尺测量轴承外径的同一部位5次（等精度测量），将测量值记入下表中，并完成后面的计算： ⑴平均值：将5次测量值相加后除以5，作为该测量点的实际值。 ⑵变化量：测量值中的最大值与最小值之差。 入上表中，并完成后面的计算： ⑴平均值：将5次测量值相加后除以5，作为该测量点的实际值。 ⑵变化量：测量值中的最大值与最小值之差。 ⑶测量结果：按规范的测量结果表达式写出测量结果。 3、内径百分表测量步骤： （1）内径百分表在每次使用前，首先要用标准环规、夹持的量块或外径千分尺对零，环规、夹持的量块和外径千分尺的尺寸与被测工件的基本尺寸相等。 （2）内径百分表在对零时，用手拿着隔热手柄，使测头进入测量面内，摆动直管，测头在X方向和Y方向(仅在量块夹中使用)上下摆动。观察百分表的示
第一章、对准、调焦 ?对准、调焦的定义、目的； 1.对准又称横向对准，是指一个对准目标与比较标志在垂直瞄准轴方向像的重合或置 中。目的：瞄准目标（打靶）；精确定位、测量某些物理量（长度、角度度量）。 2、调焦又称纵向对准，是指一个目标像与比较标志在瞄准轴方向的重合。 目的： --使目标与基准标志位于垂直于瞄准轴方向的同一个面上，也就是使二者位于同一空间深度； --使物体（目标）成像清晰； --确定物面或其共轭像面的位置——定焦。 人眼调焦的方法及其误差构成； 清晰度法：以目标和标志同样清晰为准则； 消视差法：眼睛在垂直视轴方向上左右摆动，以看不出目标和标志有相对横移为准则。可将纵向调焦转变为横向对准。 清晰度法误差源：几何焦深、物理焦深； 消视差法误差源：人眼对准误差； 几何焦深：人眼观察目标时，目标像不一定能准确落在视网膜上。但只要目标上一点在视网膜上生成的弥散斑直径小于眼睛的分辨极限，人眼仍会把该弥散斑认为是一个点，即认为成像清晰。由此所带来的调焦误差，称为几何焦深。 物理焦深：光波因眼瞳发生衍射，即使假定为理想成像，视网膜上的像点也不再是一个几何点，而是一个艾里斑。若物点沿轴向移动Δl后，眼瞳面上产生的波像差小于λ/K(常取K=6)，此时人眼仍分辨不出视网膜上的衍射图像有什么变化。 （清晰度）人眼调焦扩展不确定度： （消视差法）人眼调焦扩展不确定度： 人眼摆动距离为b ?对准误差、调焦误差的表示方法； 对准：人眼、望远系统用张角表示；显微系统用物方垂轴偏离量表示； 调焦：人眼、望远系统用视度表示；显微系统用目标与标志轴向间距表示 ?常用的对准方式； 22 22 122 8 e e e D KD αλ φφφ ???? ''' =+=+ ? ? ???? 121 11e e l l D α φ'=-= 22 21 118 e l l KD λ φ'=-= e b δ φ'=
中北大学 《物理光学与应用光学》 考试重点 班级：10050141 姓名：X X 学号：10050141XY
1、在双轴晶体中，为什么不能采用o 光与e 光的称呼来区分两个正交线偏正光？(P213) 当波矢k 沿着除两个光轴和三个主轴方向传播时，过折射率椭球中心且垂直于k 的平面与折射率椭球的截线均为椭圆，这些椭圆不具有对称性，相应的两个线偏振光的折射率都与k 的方向有关，这两个光均为非常光。故在双轴晶体中，不能采用o 光与e 光的称呼来区分两个正交线偏正光。 2、渥拉斯顿棱镜的工作原理：（])t a n -[(arcsin 2e o θn n Φ≈，角随入射光波长分离的不同 稍有变化）；格兰-汤普森棱镜的工作原理：（格兰-汤普森棱镜利用全反射原理工作的，存在 着入射光束锥角限制）。 (P223) 3、简述折射率椭球的两个重要性质？折射率椭球方程是？(P206) 折射率椭球的两个重要性质： ①与波法线k 相应的两个特许折射率n '和n '',分别等于这个椭圆的两个主轴的半轴长。 ②与波法线k 相应的两个特许偏振光D 的振动方向d '和d ''，分别平行于r a 和r b 。 折射率椭球方程：123 23222 2 2121=++n x n x n x 4、什么是“片堆”？简述利用“片堆”产生线偏振光的工作过程？(P36) 片堆是由一组平行平面玻璃片叠加在一起构成的，将一些玻璃放在圆筒内，使其表面法线与圆筒轴构成布儒斯特角。 工作过程：当自然光沿圆筒轴以布儒斯特角入射并通过片堆时，因透过片堆的折射光连续不断地以相同的状态入射和折射，每通过一次界面，都从折射光中反射部分垂直纸面分量，最后使通过片堆的透射光接近为一个平行入射面振动的线偏振光。 5、晶体光学的两个基本方程：（ ⊥ ⊥ ==D n c E E n D r 2020εε），物理意义：（决定了在晶体中传播的单色平面光波电磁波的结构，给出了沿某个k （s ）方向传播的光波D （E ）与晶体特性n （n r ）的关系）。 (P197 & P198) 6、散射：光束通过不均匀介质所产生的的偏离原来传播方向像四周散射的现象叫做光的散射； 根据散射光波矢k 和波长变化与否可分为两种： 散射光波矢k 变化，但波长不变的散射有（瑞利散射、米氏散射、分子散射）； 散射光波矢k 和波长均变化的散射有（喇曼散射、布里渊散射）； 光的方向相对于入射光改变而波长也改变的散射有（喇曼散射、布里渊散射）(P286) 7、什么是基模高斯光束（p12）？基模高斯光束的特性有哪些（p13）？什么是消失波？消失波具有哪些特点（p39）？ 解：高斯光束：由激光器产生的激光既不是均匀平面光波，也不是均匀球面波，而是振幅和等相位面都在变化的高斯球面光波，简称高斯光束。 基模高斯光束：波动方程在激光器谐振腔边界下的一种特解，以z 轴为柱对称，其表达式内包含有z ，且大体沿着z 轴的方向传播。 基模高斯光束的特性：基模高斯光束在其传播轴线附近可以看做是一种非均匀的球面波，其等相位面是曲率中心不断变化的球面，振幅和强度在横截面内保持高斯分布。 消失波：透入到第2个介质很薄的一层内的波，是一个沿着垂直界面的方向振幅衰减，
《互换性与技术测量实验》实验指导书 （2016-2017-1） 互换性与技术测量教研组编 机械工程学院 2016年08月 班级： 学号： 姓名：
目录 实验一长度测量 (3) 实验二表面粗糙度测量 (9) 实验三齿轮齿圈径向跳动的测量 (13)
实验一长度测量 一、实验目的 1.了解和掌握杠杆千分尺、和立式数显光学计的测量原理、主要结构及使用方法。 2.应用上述仪器检验光滑极限量规。 3.巩固尺寸公差的概念,学会由测得数据判断零件合格性的方法。 二、仪器结构及工作原理 1.杠杆千分尺 杠杆千分尺相当于外径千分尺与杠杆式卡规组合而成，其外形如图1-1（a）所示。它的工作原理与杠杆式卡规及千分尺相同。可以用作相对测量，也可以作绝对测量。杠杆式卡规的工作原理如图1-1（b）所示。 （a）（b） 图1-1杠杆式卡规的工作原理图 当测量杆1移动时，使杠杆2转动，在杠杆的另一端装有扇形齿轮，可使小齿轮3和装牢在小齿轮轴的指针4转动，在刻度盘5上便可读出示值。为了消除传动中的空程，装有游丝6。测量力由弹簧8产生。为了防止测量面磨损和测量方便，装有退让器9。 杠杆千分尺刻度值有0.001毫米和0.002毫米两种（现在使用的是前者），表盘的示值范围±0.02毫米，测量力是500-800克，测力变化不大于100克。 2.立式数显光学计 立式光学计又称光学比较仪，集光电、机电于一体，是我国最先进的数显式光学仪器。直接测量可以达到10毫米。测量结果可以根据需要选择工、英制在显示屏上显示，也可以在任意位置置零。当被测工件大于10毫米时，在测量前用量块（或标准件）对准零位，被测尺寸与量块尺寸的差值在屏幕上读得。 立式数显光学计对五等量块和一级精度的量块，球形和圆柱形工件得直径和不圆度，线型、板型、金属及非金属薄膜的厚度和平行度进行高精度测量。 仪器基本度量指标：
生物光学测量及医学应用医学科技论文 1生物组织光学特性的描述 激光在生物组织中的传输规律由其光学特性决定。描述组织光学特性的参数有吸收系数μa、散射系数μs、散射各向异性因子g和折射率noμa和μs(单位为mm-1分别表示组织中光子路径长度增量dz内吸收和散射所导致的辐射能量损失速率,表述为dΦ/dz。对于近红外光,生物组织为典型的混沌介质。组织中的吸收源于自然生色团如血红蛋白、肌红蛋白中的血红素和胆红素,线粒体呼吸链中的细胞色素、黑色素,以及光动力治疗中所引入的外源性生色团如光敏染料等。组织对光子的散射源于折射率的不连续性。在600～1300nm波段,软组织(如脑、肺、肝、皮肤)的典型光学参数为μa=0.01～1mm-1,μs=10～100mm-1。μt=μs+μa表示总作用系数。平均自由程(meanfreepath)mfp=1/μt,为每次散射或吸收事件发生前光子历经的平均距离,一般为10～100μm,尽管其平均自由程较小,但在组织中的注入还是比较深的,其原因一是所发生的相互作用大部分为散射事件而不是吸收,二是散射的高度前向特性,因此光子尽管经历了多次散射,仍能继续在组织中深入。散射作用可以用散射角分布S(θ)来表征,其中θ为单次散射事件发生后光子的偏折角。在大多数情况下,对S(θ)的详细描述并不重要,通常用各向异性因子g=cosθ来代替,它表示散射角的平均余弦值。在600～1300nm波段,大多数生物组织的典型g值为0.8～0.95[1～3]。除在光通量空间分布变化很大的、靠近边界和源的区域外,一般来说散射各向异性的细节并不重要,因而μs和g可简化成单一的传输散射系数μ′s=(μs(1-g)。激光在组织中的注入也可由有效衰减系数μeff(mm-1)或其倒数即有效注入深度(mm)来表述。基于传输理论有δ=1/μeff=1/3μs[μa+μs(1-g)](1)混沌介质内光的空间分布既依赖
实验一 外螺纹中径的测量 一、实验目的 熟悉测量外螺纹中径的原理和方法。 二、 实验内容 1. 用螺纹千分尺测量外螺纹中径。 2. 用三针测量外螺纹中径。 三、测量原理及计量器具说明 1. 用螺纹千分尺测量外螺纹中径 图1为螺纹千分尺的外形图。它的构造与外径千分尺基本相同，只是在测量砧和测量头上装有特殊的测量头1和2，用它来直接测量外螺纹的中径。螺纹千分尺的分度值为0.01毫M 。测量前，用尺寸样板3来调整零位。每对测量头只能测量一定螺距范围内的螺纹，使用时根据被测螺纹的螺距大小，按螺纹千分尺附表来选择，测量时由螺纹千分尺直接读出螺纹中径的实际尺寸。 图 1 2. 用三针测量外螺纹中径 图2为用三针测量外螺纹中径的原理图，这是一种间接测量螺纹中径的方法。测量时，将三根精度很高、直径相同的量针放在被测螺纹的牙凹中，用测量外尺寸的计量器具如千分尺、机械比较仪、光较仪、测长仪等测量出尺寸M 。再根据被测螺纹的螺距p 、牙形半角 2 α 和量针直径m d ，计算出螺纹中径2d 。由图2可知： )(222CD AD M AC M d --=-= 而 2sin 22 αm m d d BD AB AD +=+== ????? ? ??+2sin 112αm d
4 2α Pctg CD = 将AD 和CD 值代入上式，得： 22 2sin 1 12ααctg P d M d m +????? ? ? ?+ -= 对于公制螺纹，0 60=α，则 P d M d 866.032+-= 图 2 为了减少螺纹牙形半角偏差对测量结果的影响，应选择 合适的量针直径，该量针与螺纹牙形的切点恰好位于螺纹中径处。此时所选择的量针直径m d 为最佳量针直径。由图3可知： 2 cos 2α P d m = 对于公制螺纹，0 60=α，则 P d m 577.0= 在实际工作中，如果成套的三针中没有所需的最佳量针直径时，可选择与最佳量针直径相近的三针来测量。 量针的精度分成0级和1级两种：0级用于测量中径公差为4—8μm 的螺纹塞规；1级用于测量中径公差大于8μm 的螺纹塞规或螺纹工件。 测量M 值所用的计量器具的种类很多，通常根据工件的精度要求来选择。本实验采用杠千分尺来测量（见图4）。杠杆千分尺的测量范围有0—25，25—50，50—75，75—100mm 图 3 图 4 四种，分度值为0.002mm 。它有一个活动量砧1，其移动量由指示表7读出。测量前将尺体5装在尺座上，然后校对千分尺的零位，使刻度套筒管3、微分筒4和指示表7的示值都分别对准零位。测量时，当被测螺纹放入或退出两个量砧之间时，必须按下右侧的按钮8 使量
word格式文档 高精度光学测量微位移技术综述 *** （******大学光电**学院，重庆400065） 摘要 微位移测量技术在科学与工业技术领域应用广泛。光学测量微位移技术与传统测量方法相比，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、防爆、结构简单、体积小、重量轻等优点。本文介绍了几种高精度光学测量微位移的方法，从激光三角法、激光干涉法、光栅尺法、光纤光栅法、X射线干涉法和F-P干涉法几个类别对各种微位移测量原理和仪器进行了系统的分析和比较，并对各种方法的特点进行了归纳，对光学微位移测量方法的发展趋势进行了概括。 关键词：微位移测量，高精度，光学测量，发展趋势 1 引言 随着科学技术的发展，微小位移的检测手段已发展到多种，测量准确度也不断提高。目前，高分辨力微位移测量技术主要分为包含电学、显微镜等测量方法的非光学测量技术和以激光干涉测量为代表的光学测量技术两大类。电学测量技术又包括电阻法、电容和电感法以及电涡流法等，其中，电容和电感法发展迅速，较为常用。目前，三端电容传感器可测出5×10－5μm的微位移，最大稳定性为每天漂移几个皮米[1]。而显微镜测量技术种类较多，主要有高性能透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描探针显微镜（包括扫描隧道显微镜和原子力显微镜）等二十多个品种[2]。按光学原理不同，光学测量技术可分为激光三角测量[3]、光杠杆法[1,4]、光栅尺测量法[5]、光纤位移测量法[5]和激光干涉法等，测量分辨力在 专业资料整理
几十皮米到几纳米之间。此外，利用X射线衍射效应进行位移测量的X射线干涉技术近年来备受关注，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力，避免了光学干涉仪的各种非线性误差[6]。现将主要的具有纳米量级及以上分辨力的微位移测量技术概括如表1所示。 纵观位移测量技术的发展历程，如果说扫描探针技术为高分辨力位移测量领域带来了革命性变革，那么近几十年来激光技术的发展则将该领域带入了一个崭新的时代。由表1可见，目前电容传感器和SPM的测量分辨力也很高，但它们的共同缺陷是当溯源至国际标准长度单位时，必须借助激光干涉仪等方法进行标定和校准。根据1983年第17次度量大会对“米”的新定义，激光干涉法对几何量值溯源有着天然优越性，同时具有非接触测量、分辨力高、测量速度快等优势。本文将对目前主要的光学微位移测量技术介绍和比较分析。 表1 常用微位移测量技术 仪器种类分辨力/nm 测量范围 电容传感器0.05-2 10nm-300μm 电感传感器 5 10μm SPM 0.05 1-10μm 激光三角测头 2.5 100-500μm 光纤位移传感器 2.5 30-100μm 双频激光干涉仪0.1 >10m 光栅尺0.1-10 70-200mm X射线干涉仪0.005 200μm F-P干涉仪0.001 5nm-300μm 2 光学微位移测量技术概述 2.1 激光三角法微位移测量技术 随着工业测量领域的不断扩展以及对测量精度和测量速度的不断提高，传统的接触式测量已经无法满足工业界的需求。而非接触测量由于其良好的精确性和
光学检测原理复习提纲 第一章 基本光学测量技术 一、光学测量中的对准与调焦技术 1、对准和调焦的概念(哪个是横向对准与纵向对准？) P1 对准又称横向对准，指一个目标与比较标志在垂轴方向的重合。调焦又称纵向对准，是指一个目标像与比较标志在瞄准轴方向的重合。 2、常见的五种对准方式。 P2 压线对准，游标对准。。。。 3、常见的调焦方法 最简便的调焦方法是：清晰度法和消视差法。p2 二、光学测试装置的基本部件及其组合 1、平行光管的组成、作用；平行光管的分划板的形式（abcd ）。P14 作用：提供无限远的目标或给出一束平行光。 组成:由一个望远物镜（或照相物镜）和一个安置在物镜 焦平面上的分划板。二者由镜筒连在一起，焦距 1000mm 以上的平行光管一般都带有伸缩筒，伸缩筒 的滑动量即分划板离开焦面的距离，该距离可由伸 缩筒上的刻度给出，移动伸缩筒即能给出不同远近 距离的分划像（目标）。 2、什么是自准直目镜（P15）（可否单独使用？），自准直法？ 一种带有分划板及分划板照明装置的目镜。Zz 自准直：利用光学成像原理使物和像都在同一平面上。 3、；高斯式自准直目镜（P16）、阿贝式自准直目镜（P16）、双分划板式自准直目镜（P17）三种自准直目镜的工作原理、特点。P15—p17（概念，填空或判断） 1高斯式自准直目镜缺点--分划板只能采用透明板上刻不透光刻线的形式，不能采用不透明板上刻透光刻线的形式，因而像的对比度较低，且分束板的光能损失大，还会产生较强的杂光。 2阿贝式自准直目镜---特点射向平面镜的光线不能沿其法线入射，否则看不到亮“+”字线像。阿贝目镜大大改善了像的对比度，且目镜结构紧凑，焦距较短，容易做成高倍率的自准直仪。 主要缺点：直接瞄准目标时的视轴（“+”字刻度线中心与物镜后节点连线）与自准直时平面 （a ）"+"字或"+"字 刻线分划板； （b ）分辨率板； （c ）星点板； （d ）玻罗板
互换性与测量技术实验指导书 北方工业大学机械实验室 2017 年3 月
实验一尺寸测量 实验1-1 用立式光学计测量轴径 一、实验目的 1．了解立式光学计的测量原理。 2．熟悉用立式光学计测量外径的方法。 二、实验内容 用立式光学计测量工件的外径 三、测量器具 1．立式光学计 2．块规 四、测量器具简介 立式光学计是一种精度较高、结构简单的常用光学仪器。常用来检定 5 等、 6 等量块、光滑极限量规及测量相应精度的零件。 （五）测量步骤： 1、按被测零件的基本尺寸组合所需量块尺寸。一般是从所需尺寸的未位数开始选择，将选好的量块用汽油棉花擦去表面防锈油，并用绒布擦净．用少许压力将两量块工作面相互研合。 2、将组合好的块规组放在工作台上，松开横臂紧固螺钉，转动调节螺母，使横臂连同光管缓慢下降至测头，与量块中心位置极为接近处（约0．lmm 的间隙）将螺钉拧紧。 3、松开光管紧固螺钉，调整手柄，使光管缓馒下降至测头与块规中心位置接触，并从目镜中看到标尺象，使零刻线外于指标线附近为止。调节目镜视度环，使标尺像完全清晰 （可配合微调反光镜）。锁紧螺钉，调整微调旋钮，使刻度尺像准确对好零位。 4、按压测帽提升杠杆2?3次，检查示值稳定性，要求零位变化不超 过l／10 格，如超过过多应寻找原因，并重新调零（各紧固螺钉应拧紧但不能过紧，以免仪器变形）。 5、按下测帽提升杠杆，取下规块组，将被测部件放在工作台上（注意一定要使被测轴的母线与工作台接触，不得有任何跳动或倾斜）。 6、按压测帽提升杠杆多次，若示值稳定，则记下标尺读数（注意正负号）。此读数即为该测点轴线的实际差值。
－72－科技论坛 1概述 非接触光学投影式三维形貌测量技术是 获取物体表面形态特征的一种重要手段，是一 种逆向工程技术，亦称为反求工程(Reverse En- gineering)，简称RE [1]。由于这种三维形貌测量技 术具有速度快、分辨率高和非接触等优点而广 泛应用于工程设计、质量控制、医疗诊断和计算 机辅助制造等方面[2]。本文以相位测量轮廓术中 的光栅投影法为重点，介绍了其测量基本原理、 组成以及应用，研究了正弦光栅投影技术和数 字图像处理技术，并利用德国GOM 公司生产 的Advanced TOpometric Sensor 系列（简称 ATOS ）流动式光学扫描仪是对鼠标进行了测量 与分析。实验表明：三维光学形貌测量技术简单 实用、测量精度高、便于实现自动测量，是一种 较为理想的光学测量方法。 2相位测量轮廓术的基本原理 相位测量轮廓术的基本原理如图1所示。 D 点为投射系统出瞳中心，DO 为投影光轴。C 点为成像系统入瞳中心，CO 为探测光轴，设 DC=d 且与xoy 参考面平行。从D 点对E 点投 影位置本该落到B 点，但由于物体表面形状调 制的原因，在CCD 镜头上则成像于A 点。设 AB=S R (x ，y)，表示偏移量，则E 点的高度为 可见只要计算出偏移量，就能得到被测物体表面各点的高度，实现三维轮廓测量，具体计算是采用相移技术。将正弦光栅投影到待测物体表面上，并规定坐标原点O 处系统相位为零，采用四步相移技术，每步，利用 CCD 摄像机分别获得四幅畸变光栅条纹的光强，利用光强关系计算得到E 点相位。再利用光栅直接投影在参考面上的光强关系计算得到A 点相位[3]，它们相位差为若被测物高度远小于L ，则E 点高度，将其代入（2）式则有其中，是可通过对测量系统标定来确定的系数，进而根据相位差可得物体高度。3ATOS 流动式光学扫描仪原理ATOS 系列流动式光学扫描仪是目前国际市场上比较先进的三维扫描设备，该设备采用光栅投影相位测量轮廓技术。其测量系统主要由光学扫描仪和计算机等组成。ATOS 光学扫描仪由两个高分辨率CCD 数码相机和光栅投影仪组成。采用双CCD 的设计目的是实时监测扫描过程中由于振动和环境光线变化对测量精度造成的影响，从而确保扫描精度。由于采用流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术，务须移动光学扫描仪，其扫描范围可从10mm 到12m 。不同视角的测量数据依靠粘贴在工件表面上公共的参考点，可自动拼合在统一坐标系内，从而获得完整的扫描数据，对于被参考点覆盖而在工件表面留下的空洞，软件可根据周围点云的曲率变化进行插补[4]。光栅投影仪由光栅和微型步进电机组成。采用不同频率 的光栅分别对同一样品进行组合测量，再将测量得到的图像进行合成方法，可以大大提高检测的分辨率和精度。在ATOS 的光栅投影仪内封装的三组频率不同正弦光栅，刻划在同一玻璃基上，如图2所示。通过微型步进电机可随意切换这三组光栅，进行组合测量。4ATOS 的应用ATOS 系统的软件和硬件均采用模块化设 计，性能稳定，设备操作简单。图3是光栅在鼠标 上的投影，光栅条纹具有较大的光强，良好的景深，具有连续的强度分布及较好的正弦性。由于受鼠标表面形状变化的调制，基准光栅条纹在鼠标表面上产生了畸变，这些畸变条纹就包含了鼠标表面形状的三维信息。利用CCD 摄像机读取畸变条纹，并对图像进行相应的处理，可以得到有关条纹中心线的二维信息，然后根据相应的数学转换模型和重构算法对鼠标轮廓进行重构，得到被测鼠标表面的三维外形数据信息。图4是在鼠标上的投影条纹光强分布图，可以看出是典型的正弦分布。5总结 本文主要分析了基于相位测量的光栅投影 三维轮廓测量系统的基本原理，并以ATOS 流动式光学扫描仪为例详细介绍了光栅投影三维轮廓系统的正弦光栅投影技术和数字图像处理技术。并利用该设备对实际物体三维面形进行了测量，可以看出相位测量轮廓术具有结构简单、速度快，实用，测量精度高、测量范围大、抗干扰性强和可 在线实时测量等优点，是一种较为理想的光学测量方法。 参考文献 [1]V.Srinivasan,H.C.Liu,Maurice Halioua.Automated phase -measuring profilometry:a phase mapping approach.Applied Optics,1985,24(2):185-188.[2]潘伟,赵毅,阮雪榆.相移法在光栅投影测量中的 应用[J].应用光学,2003,24(4):46-49. [3]康新,何小元.基于正弦条纹投影的三维传感及 其去包裹处理[J].光学学报,2001,22(12):1444-1447. [4]任丹,吴禄慎.三维面形位相测量轮廓术的研究[J].南昌大学学报(工科版),2002,3(3):9-12.作者简介：姜洪喜（1976~），男，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，硕士，主要从事3D 物体形貌测量和光学梳状滤波器的研究。基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目：（编号11531330）；黑龙江省高等教育学会“十一五”规划课题：（编号H115-C729）；黑龙江科技学院青年基金项目：（编号07-16）光学三维形貌测量技术的分析和应用 姜洪喜任常愚李海宝任敦亮刘炳胜 （黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨150027） 摘要：介绍了光栅投影三维光学测量系统的原理、组成及应用。光栅投影法是将正弦光栅投影到被测物体表面上，由高精度CCD 摄像机摄取这些畸变条纹，并利用数字处理技术获得物体表面三维数据。该方法测量精度高、便于实现自动测量，是一种较为理想的光学测量方法。 关键词：三维形貌测量技术；光栅扫描；ATOS 系统 （1） （2） ,áS x y ,z x y 2 2,á??fS x y áááá ???????á（3） ,2L z x y k d f áá???á