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《光电检测课程设计》 2016 年 12 月目录摘要 (3)1绪论 (4)1.1课题研究的意义 (4)1.2国内外现状 (4)2视觉测量系统 (5)2.1直射型激光三角法测位移原理 (5)2.2双光路激光三角法测厚原理 (6)2.3测厚原理及特点 (6)2.4光路系统特点 (8)3图像处理部分 (9)3.1图像预处理 (9)3.2阈值的确定 (10)3.3厚度的确定 (10)4结论 (12)参考文献 (13)摘要：精确测量薄板类材料的厚度，讨论了激光器光束轴心线与成像透镜光轴夹角与系统分辨率的关系，并基于最小二乘法拟合得出了光斑距离与被测物厚度的函数关系式，最后通过标定实验对系统精度进行了实验论证。
结果表明，该系统消除了双光路激光三角法上下测量系统难以同步的问题，分辨率高，精度控制在 10μm，良好地满足了工业测量的需求。
关键词：激光三角法最小二乘法薄板厚度1.绪论：1.1课题研究的意义随着材料加工技术的发展和测试计量技术水平的提高，材料厚度的检测对仪器测量精度提出了更高的要求，同时也由在线测量逐步取代离线机械式测量。
冷轧钢板作为汽车制造、机械加工、船舶制造、土木建筑和轻工业等领域的原材料具有广泛的用途，热镀锌工艺常用来进行钢板的防锈处理，据统计，全球每年产锌量大约一半被用在于钢板防锈处理上，因而，镀锌板厚度的高精度检测关系到镀锌工艺的优化和锌层用量的合理规划。
针对镀锌板厚度高精度在线检测问题，提出了一种单镜头双光路激光三角测厚模型，该模型相对传统双光路激光三角测厚法而言，通过改进光路设计将分置于上下两条光路中的光电探测器合二为一，避免了两条独立光路中图像探测器难以同步工作的问题，使得测量结果不受被测物抖动的影响.激光测厚的优势在于不接触被测物且测量精度高，可解决一些以往难以解决的问题，因此在实际应用中受到广泛青睐．激光三角法在线厚度测量通常都在Ｃ型机架上进行，而Ｃ型机架在大震动环境里自身难以避免震动，这导致上、下两组测量探头相对位置发生变化，产生测量误差．目前消除震动的方法有：震动隔离、震动补偿［１］等，其中震动隔离方法硬件设计较复杂，且不能消除Ｃ型机架自身震动［１］；传统的震动补偿法不能满足上、下探头测量数据与Ｃ型机架微位移变化厚度补偿数据的同步性．因此，仍不能很好地满足在线动态高精度测量的要求．1.2国内外现状现在，世界上激光三角法薄板在线测厚过程存在两个典型的问题：（１）被测工件在工件传输线上向前运动时伴有沿着激光束方向的前后轻微跳动；（２）Ｃ型机架在大震动环境里自身震动，这些问题会引起测量误差．对此，提出了三同步激光三角法厚度测量方法．该法利用ＣＣＤ同步驱动技术［２］，在同一时刻采集３组测量探头数据，其中，上、下两组测量探头对被测物体厚度进行测量；第３组对Ｃ型机架微位移变化实时监测，进而对上、下两路测量探头所测厚度进行补偿．这３组数据保证了严格的同步，从而有效地提高了测量精度．2.工作原理2.1直射型激光三角法测位移原理直射型激光三角法光路示意图如图 1 所示。
一张纸的厚度实验报告【引言】本实验的目的是通过测量一张纸的厚度，以了解纸的薄厚度量单位，并探究纸的厚度在不同条件下的变化情况。
本实验采用简单的实验装置进行测量，通过多次实验，得出准确的结果并进行分析。
【实验装置和方法】实验所需装置和材料有：一张纸、直尺、卡尺、电子天平。
实验步骤如下：1. 用直尺测量纸的长宽，并记录下来。
2. 用卡尺测量纸的厚度，并记录下来。
3. 将纸张放在电子天平上，记录纸的质量。
【实验结果和分析】经过多次实验，我们得到了以下结果：1. 纸的厚度平均值为0.1毫米。
2. 纸的长为30厘米，宽为20厘米。
3. 纸的质量平均值为5克。
通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 纸的厚度是一个具体的数值，可以用毫米作为单位进行表示。
通过实验测量，我们可以准确地得到纸的厚度数值。
2. 纸的长宽可以用厘米作为单位进行表示。
通过实验测量，我们可以得到纸的长宽数值，进而了解纸的大小。
3. 纸的质量可以用克作为单位进行表示。
通过实验测量，我们可以得到纸的质量数值，进而了解纸的重量。
【实验结果的应用】纸的厚度、长宽和质量是纸张的重要特性，对于纸张的应用有着重要的影响。
1. 纸的厚度直接影响纸张的质感和手感。
较薄的纸张更柔软，适合用于书写和印刷；较厚的纸张更坚硬，适合用于制作包装盒等。
2. 纸的长宽决定了纸张的形状和大小，对于印刷和制作纸制品具有重要意义。
根据不同的需求，可以选择不同大小的纸张进行印刷和制作。
3. 纸的质量对于印刷和书写质量有着直接影响。
较轻的纸张透明度较高，适合用于复印和打印；较重的纸张透明度较低，适合用于书写和绘画。
【实验的不足和改进方向】本实验存在以下不足之处：1. 实验中使用的纸张样本较少，可能导致实验结果的偏差。
可以增加纸张样本的数量，提高实验的准确性。
2. 实验中使用的实验装置和方法较简单，可能对实验结果产生一定影响。
可以采用更精密的装置和方法进行实验，提高实验的可靠性。
测量纸张厚度的方法一、引言纸张厚度是指纸张在垂直方向上的尺寸，对于纸张生产和应用中的质量控制具有重要意义。
测量纸张厚度的方法有多种，本文将介绍几种常用的方法，并分析其原理和适用范围，以便读者能够根据实际情况选择合适的方法。
二、直接测量法直接测量法是最简单、直接的测量纸张厚度的方法。
其原理是使用一个精确的尺规直接测量纸张的厚度。
具体操作步骤如下：1. 将尺规的一只脚放在桌面上，另一只脚打开，使其成为一个直角。
2. 将纸张平放在尺规的一只脚上，让纸张的一边紧贴尺规的一脚，另一边向外伸出。
3. 用另一只脚将纸张夹住，使其保持水平状态。
4. 读取尺规上纸张厚度所对应的刻度值，即可得到纸张的厚度。
直接测量法的优点是操作简单、直观，不需要复杂的仪器设备，适用于纸张厚度较大的情况。
但由于人眼的视觉分辨能力有限，只能粗略测量厚度，不适用于对纸张厚度要求较高的场合。
三、卡尺测量法卡尺测量法是一种比较常用的间接测量纸张厚度的方法。
其原理是使用卡尺测量纸张两边的距离，通过几何关系计算出纸张的厚度。
具体操作步骤如下：1. 将卡尺打开，使其两脚与纸张的两边分别紧贴。
2. 用眼睛与卡尺平行地观察卡尺刻度所对应的纸张厚度。
卡尺测量法的优点是操作简单、精度较高，适用于一般纸张厚度的测量。
但由于卡尺的长度有限，只能测量较小范围的纸张厚度，不适用于厚度较大的纸张测量。
四、显微镜测量法显微镜测量法是一种精密的测量纸张厚度的方法。
其原理是使用显微镜观察纸张的厚度，通过放大纸张的图像来测量厚度。
具体操作步骤如下：1. 将纸张放置在显微镜的载物台上，调节显微镜的焦距，使纸张的图像清晰可见。
2. 使用显微镜上的刻度尺测量纸张图像的厚度，或者使用显微镜与目镜的倍数关系计算纸张的厚度。
显微镜测量法的优点是测量精确、适用于较小范围的纸张厚度测量。
但由于显微镜设备较为复杂，需要一定的专业知识和技能，不适用于大量纸张的快速测量。
五、超声波测量法超声波测量法是一种非接触式测量纸张厚度的方法。
本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。
传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。
电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。
根据δεεS r o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。
根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。
电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。
电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。
电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。
布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。
关键词：厚度测量装置，电容传感器，运算放大电路，仿真第一章对布料厚度测量装置所做的调研 (3)厚度测量装置在工业环境下的意义 (3)厚度测量装置的研究现状 (3)简述设计的整体思路 (4)第二章电容测厚装置的介绍 (6)详细介绍电容测厚装置 (6)设计匹配电路 (8)第三章仿真设计及分析 (9)仿真电路的建立 (9)仿真结果的分析 (13)第四章对课程设计进行试验 (15)实验过程 (15)分析仿真与试验结果的差异 (15)第五章设计体会 (16)第一章对布料厚度测量装置所做的调研厚度测量装置在工业环境下的意义在现代高科技社会中，发展一些厚度测量装置具有非常重大的意义，厚度测量装置的使用将会大大的减少人力的投入，更加方便快捷的得到高精度，高质量的产品，此次我们研究得课题是布料厚度的测量，我们很容易联想到我们身边的各种丝质，棉质等布匹，但是如何在生产时得到等厚度的布料呢。
专业 物理学 实验日期 2011.615班级 09（1） 学号 0906010107 姓名 XXX实验名称：用干涉的光学方法测薄纸厚度一、实验目的1、熟练使用读数显微镜2、加深等厚干涉原理的理解3、设计用劈尖测薄纸厚度的方法二、实验仪器3JCD 读数显微镜， GY-5低压钠光灯， 光学平面玻璃板， 薄纸。
三、实验原理利用劈形膜干涉测薄片厚度图1 劈形膜在叠合的两块平板玻璃的一端夹一薄片，即构成空气的劈形膜（见图1）。
在单色光垂直照射下，在空气劈尖的上下表面反射的两束光将发生干涉，形成平行于两块玻璃面交线的等距干涉条纹。
光程差 d 2λ∆=2+ 形成暗条纹的条件为 1)2λ∆=2(κ+故有 1)d 22λλ∆=2(κ+=2+ 与ｋ级暗条纹对应的空气膜厚度 d 2λ=κ设薄片的厚度为D ，从劈形膜尖端到ｋ级暗纹和薄片端面的距离分别为ｘ和ｌ，可知单位长度内的暗条纹数为 ln x =则薄纸处出现暗条纹的级数 klnl x κ==可得薄纸厚度 *2kl D x λ=四、实验步骤(1)将四张薄纸累叠在一起和两块玻璃一起组成如图1 劈形膜，并固定。
(2)用米尺测量从劈形膜尖端到薄纸端面的距离ｌ 三次，求平均值 (3)打开钠灯，将劈尖放在读数显微镜的载物台上，调整反光镜的方向与水平呈45度角，使干涉条纹与目镜中的纵叉丝平行。
左右移动显微镜观察，观看干涉条纹。
(4)任选起始条，测量10（如20,36,42等）条暗条纹（k ）首尾之间的位置距1X 和2X 并记录（注意：起始条纹数为0）。
（应 克服回程差）。
(5)实验完毕，整理实验器材五、原始数据和数据处理入射光钠光光波长589nm λ= 劈尖长l=65mm数据记录与计算 由*2kl D x λ=由于是4张纸薄纸，除以4 得如下： 1D =610655891011.77824-⨯⨯⨯⨯=0.02692mm 2D =636655891016.62924-⨯⨯⨯⨯=0.02599mm 3D =642655891017.46224-⨯⨯⨯⨯=0.02694mm 4D =610655891011.72124-⨯⨯⨯⨯=0.02781mm 5D =620655891013.65524-⨯⨯⨯⨯=0.02619mm 则123451()5D D D D D D =++++=15（0.02692+0.02599+0.02694+0.02781+0.02619） =0.02677mm不确定度 A u ==0.000323B u ∆===0.00058mm合成不确定度 d u ==0.00066m 薄纸的厚度可表示为 D=（0.02677+0.00066）mm =（2.677±0.066）210-mm六、实验结果与分析（1）经实验最终测得一张薄纸的厚度为D=（2.677±0.066）210- mm这个数据表明所测的纸张较薄，与实验室所用纸张基本相符 (2)可能影响实验结果的因素和改进1.干涉条纹不明显，读数易出错;多次测量求平均值2.钠灯光经反光镜后静后进入劈尖比不一定是正入射，即入射光和反射光处处都与表面垂直，而本实验原理是采用正入射的；钠灯加一个毛玻璃，反光镜调45度倾斜角左右(3)注意事项1、为了防止显微镜的“回程误差”，读数鼓轮只能向一个方向转动，切莫回转。
一、实验目的1. 熟悉并掌握测量物体厚度的常用方法。
2. 提高对测量工具和测量原理的理解。
3. 培养严谨、细致的实验操作能力。
二、实验原理测量物体厚度是工程、科研等领域中常见的测量任务。
本实验采用以下几种方法测量物体厚度：1. 直接测量法：利用刻度尺、游标卡尺等工具直接测量物体厚度。
2. 间接测量法：通过测量物体体积和面积，再计算厚度。
3. 分层测量法：将物体分层，逐层测量厚度，再累加得到总厚度。
三、实验仪器1. 刻度尺：精确度为0.1mm。
2. 游标卡尺：精确度为0.01mm。
3. 量筒：精确度为0.1ml。
4. 精密天平：精确度为0.1mg。
5. 计算器。
四、实验步骤1. 直接测量法：（1）将物体放在平整的桌面上，用刻度尺测量物体长度、宽度和高度。
（2）根据物体形状，计算物体厚度。
2. 间接测量法：（1）将物体放入量筒中，测量物体体积。
（2）将物体表面清洗干净，用天平称量物体质量。
（3）根据物体密度，计算物体体积。
（4）根据体积和质量，计算物体厚度。
3. 分层测量法：（1）将物体分层，分别测量每层的厚度。
（2）将各层厚度累加，得到总厚度。
五、实验数据及结果1. 直接测量法：物体长度：L = 100.0mm物体宽度：W = 50.0mm物体高度：H = 20.0mm物体厚度：T = L × W / H = 100.0mm × 50.0mm / 20.0mm = 250.0mm2. 间接测量法：物体体积：V = 50.0ml物体质量：m = 20.0g物体密度：ρ = m / V = 20.0g / 50.0ml = 0.4g/ml物体厚度：T = ρ × H = 0.4g/ml × 20.0mm = 8.0mm3. 分层测量法：第一层厚度：T1 = 5.0mm第二层厚度：T2 = 3.0mm第三层厚度：T3 = 2.0mm总厚度：T = T1 + T2 + T3 = 5.0mm + 3.0mm + 2.0mm = 10.0mm六、实验结果分析1. 直接测量法得到的厚度与实际厚度较为接近，误差较小。
实验一 纸和纸板厚度的测定一、 实验目的1、 掌握纸和纸板厚度测定的方法（ GB 451.3 —1989 ）。
2、 熟悉仪器的原理及使用方法；3、 掌握国家标准所要求的测试方法，学习收集试验数据及进行数据处理；4、 了解和分析试验误差。
二、 实验原理纸张厚度是指纸或纸板在两测量板间受一定压力下的垂直距离， 其结果以mm 或卩m 表 示。
根据纸的厚、薄可采取多层测量或单层测量，然后以单层测量的结果表示纸的厚度。
紧度是指单位体积纸和纸板的质量，其结果以g/cm 3表 示。
右图为纸张厚度测量的仪器，此仪器是将试样夹于测量头 与量砧之间，测量头的下端面为规定2cm 2的接触面，重锤、 测量头和千分表的重力产生 100 ± 10kPa 的接触压力。
当试样压于测量头和量砧之间时，使测量头移动了一段等于材料厚度 的距离，此位移传递给表杆， 经过表内齿轮机构放大后，转变为指针沿着度盘的转角而给出厚度的读数值。
本仪器是采用接触测量法原理设计的国际通用的肖伯尔（Shopper ）式纸与纸板厚度测定的专用仪器。
仪器可分为下列四个部分：（见图1）① 压纸机构：由重锤（2）、测量头（3）、量砧（4）组成，用于对试样形成规定的压力。
② 指示机构：由一标准千分表（8）组成，由它的量杆与测量头上端面接触，使被测量的厚度通过量杆的位移转换为指针的转角而得到读数。
千分表的安装都是以0.2毫米作为 测厚仪的零点，以充分利用表的精度。
③ 提升机构：由拨杆（5）、小轴（6）组成，用来提升测量头以便放入试样进行测量。
④ 联接机构：由座体（1）、紧固螺钉（7）组成，为仪器的机座和联接上面三部分的结构。
三、 试样及仪器仪器：纸与纸板厚度测定仪、可调距切纸刀四、 实验步骤① 仪器校准：按下拨杆，抬起测量头，再轻轻放下，观察大指针是否对零， 如不对零，图1 纸与纸板厚度测定仪 1、座体 2、重锤 3、测量头 4、量砧 5、拨杆 6、小轴 7、紧固螺钉 8、千分表则略转外表盘，使其对零；反复进行多次，确认大指针对零无误即可。
实验题目∶纸钞厚度测量
实验目的∶
1、学习掌握电容传感器的原理及应用。
2、进一步的培养学生动手操作能力和掌握应用电容传感器
来解决实际问题的能力。
实验器材:
电容传感器，示波器，微动测量台架，电容测微仪，计算机实验过程:
1、首先将电容传感器安装到微动测量仪上，讲起下
降到距离下工作台面大约1cm处，依据示波器和电容测微仪上数据变化，确定初始位置。
(先将电容测微仪的旋钮扭之最右端，在调节微动测量台架，使数值显示7500，在调节旋钮至5000左右)
2、测量没有纸钞时的数据，再一次添加纸钞的数目，并记下相应的数值。
实际纸钞厚度测量: 10 x d = 0.87 mm 即d=0.087mm。
经七较，考虑到误差，两只相差不大可以接受。
实验小结:
1、电容式传感器的安装要严格按照说明书进行。
2、测量初始值的调整要小心，防止失真测量。
3、电容传感器可以用到一定厚度介质的测量，精度较高。
精心整理摘要本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。
传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量可以把根据实很小，根1.11.21.3简述设计的整体思路 (4)第二章电容测厚装置的介绍 (6)2.1详细介绍电容测厚装置 (6)2.2设计匹配电路 (8)第三章仿真设计及分析 (9)3.1仿真电路的建立 (9)3.2仿真结果的分析 (13)第四章对课程设计进行试验 (15)4.1实验过程 (15)4.2分析仿真与试验结果的差异 (15)第五章设计体会 (16)第一章对布料厚度测量装置所做的调研1.1厚度测量装置在工业环境下的意义在现代高科技社会中，发展一些厚度测量装置具有非常重大的意义，厚度测量装置的使用将会大大的减少人力的投入，更加方便快捷的得到高精度，高质量的产品，此次我们研究得课题是布料厚度的测量，我们很容易联想到我们身边的各种丝质，棉质等布匹，但是如何在生产时得到等厚度的布料呢。
这里就会用到厚度测量装置，运用电容式传感器对布料厚度进行测量，将会非常快捷，1.2经过查微波，1.3当忽略边缘效应时，平板电容器的电容为图1-1平板电容器简图δεεδεS S C O r ==（1.3-1） 式中：S ——极板面积；δ——极板间距离；o ε——真空介电常数，o ε=8.851-12-m 10F ⨯；r ε——相对介电常数；ε——电容极板间介质的介电常数。
当极板面积S 、极板间间距δ保持不变，而插入相对介电常数为r ε的介质，此时构成的电容传感器为变介电常数电容传感器，保持介电常数不变而改变介质的厚度。
如下图所示：图1-2装置测厚简图o d d -a SC εε+=（1.3-2）式中:S a d o εr ε第二章电容测厚装置的介绍2.1详细介绍电容测厚装置（1）相关器件介绍所需元件清单：1）信号发生器（1V 交流电源，频率100HZ ）2）仪用放大器OPAMP 一个3）1.5PF 电容一个4）自制0.9PF 电容一个5）电压表一个0-10V6）开关一个7）布料：棉布（含化纤）表（2.1-1）各种布料介电常数测试数据表信号发生器：信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号，常用作测试的信号源或激励源的设备。
