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第３１卷第２期大学物理实验Ｖｏｌ.３１Ｎｏ.２２０１８年４月ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥＡｐｒ.２０１８收稿日期:２０１７￣１１￣２１基金项目:江苏省淮阴师范学院大学生创新训练计划项目(２０１７１７００１ＸＪ)ꎻ淮安市科技计划项目(ＨＡＧＺ２０１６０１)∗通讯联系人文章编号:１００７￣２９３４(２０１８)０２￣００６２￣０３玻璃平板厚度测量的实验研究谈晗芝ꎬ郗晓倩ꎬ陈㊀洁ꎬ刘㊀洋ꎬ左㊀芬∗(淮阴师范学院ꎬ江苏淮安㊀２２３３００)摘要:平板玻璃生产中需要对玻璃厚度进行精确地测量ꎮ本文通过理论模拟和实验研究了应用白光干涉测量技术ꎬ来测量玻璃平板厚度的方法ꎮ系统通过步进电机控制精密平移台的移动ꎬ实测了一个标称厚度为５ｍｍ的玻璃平板ꎬ通过多次采样取平均的方法ꎬ结果误差为０.３４％ꎮ关键词:光学测量ꎻ白光干涉ꎻ玻璃厚度中图分类号:Ｏ４￣３４文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０１８.０２.０１７㊀㊀随着科学技术的不断发展ꎬ各种各样的玻璃平板进入了人们的生活ꎮ玻璃是建材行业的支柱性产品之一ꎬ其中应用最为广泛的就是平板玻璃ꎮ目前ꎬ玻璃平板已被运用于建筑[１]㊁光电[２]㊁医疗[３]㊁环境艺术设计[４]等诸多领域ꎮ玻璃厚度是玻璃产品质量的一项重要标准ꎬ因此对于玻璃平板厚度检测的要求也越来越高ꎮ现有的测量玻璃平板厚度的方法大致分为接触式和非接触式[５]两种ꎮ目前国内大多数玻璃生产企业仍然采用传统的接触式测量仪器来测量玻璃厚度ꎬ但是这种测量方法的采样过程以及精度方面都存在一定的问题ꎮ而常见的非接触式测量方法有电容式[６]㊁光学测量[７]等ꎮ其中光学测量在实验过程中可避免因表面不光滑带来的测量结果不准确以及因为探头接触凹凸表面带来的磨损问题ꎬ测量结果更为精确㊁可靠ꎮ本文针对一种光学测量的方法测量玻璃平板的厚度进行了实验研究ꎮ运用白光干涉[８]的原理ꎬ采用步进电机控制精密平移台的移动来测量玻璃平板厚度ꎮ除了表面光滑的玻璃平板厚度的测量ꎬ对于表面不光滑的物体也可以采用这种方法ꎮ１㊀测量光路与原理测量光路为泰曼￣格林干涉测量系统[９]ꎬ光源采用低相干的ＬＥＤ光源ꎬ其中心波长为６３３ｎｍꎬ实验光路图如图１所示:图１ 平板厚度测量原理光路图被测玻璃平板固定在载物台上ꎬ步进电机与载物台相连接ꎮ白光光源射入分光棱镜中ꎬ其中一束光线投射到参考镜Ｒꎬ为参考光ꎬ另一束光线投射到被测玻璃平板的表面ꎬ为测试光ꎮ当两束光线分别被待测样品和参考镜反射再次通过分光棱镜时ꎬ参考光与测试光相遇叠加ꎬ叠加后的信息经过成像透镜会聚到ＣＣＤ上形成图像ꎮ而基于白光干涉测量的原理ꎬ当参考光与测试光之间的光程差几乎为０时ꎬ两者叠加将形成干涉现象ꎮ根据上述白光泰曼￣格林干涉测量系统的结构与工作原理[１０]ꎬ当步进电机带动载物台沿着主光轴方向进行移动时ꎬ经过待测玻璃平板前表面和后表面反射回去的光将依次与参考光发生干涉ꎮ两次干涉现象之间步进电机移动的距离为玻璃平板的光学厚度ꎬ若已知玻璃的折射率ꎬ则可以确定玻璃的几何厚度[１１]ꎮ若参考面与玻璃平板前后表面分别产生干涉时步进电机所对应的位置分别为Ｘａ和ＸＢꎬ已知玻璃材料的折射率为ｎ的前提下ꎬ可得玻璃平板前后表面之间的几何厚度为:ｄ＝(ＸＢ－ＸＡ)/ｎ(１)实验过程中通过ＣＣＤ相机采集到序列图像ꎬ读出所有序列图像上某个相同坐标点的全部光强信息ꎬ因光源具有一定的波长带宽ꎬ则理论上可得到如图２所示的光强信息分布图:图２㊀对应坐标点光强与图像序列之间的对应关系光强的两个极值位置ꎬ代表了前后两次干涉发生的位置ꎬ因此两次位置之差即为玻璃平板在该坐标点上前后之间的光学厚度ꎬ进而可以得到该玻璃平板的厚度ꎮ２㊀实验数据实验中选取了一块标称厚度为５ｍｍ的玻璃制成的玻璃平板作为待测样品ꎬ玻璃折射率为１.５１６３０ꎮ实验中光束口径约１０ｍｍꎬ步进电机的进动步长设为１μｍꎬ采集了１２０００幅图像ꎬ其中玻璃平板前表面与后表面分别产生的干涉图如图３所示ꎬ两个条纹发生了一定角度的旋转ꎬ表明玻璃平板前后表面之间具有一定的锲角ꎮ图４为所有１２０００幅图像的中点位置的光强与图像序列之间的对应关系ꎬ可以很明显的观察到两个光强发生急剧变化的位置ꎬ这两个位置分别对应着玻璃平板前表面与参考面发生干涉的图像序列以及后表面与参考光发生干涉的图像序列ꎬ将这两个位置进行的局部细节放大ꎬ如图５所示ꎬ可见光强的变化与图２的仿真图相似ꎮ图３(ａ)图３(ｂ)图３㊀(ａꎬｂ)玻璃平板前后表面分别形成的干涉条纹图图４㊀图像中点光强与图像序列之间的对应关系图图５(ａ)图５(ｂ)图５㊀(ａꎬｂ)干涉位置的局部放大图在图像中选取一系列的坐标点ꎬ找出它们的各自干涉极值位置ꎬ如表１所示ꎮ通过多次测量取平均值的方法ꎬ可以计算玻璃平板的平均光学厚度ꎮ平均光学厚度除以玻璃材料的折射率１.５１６３０ꎬ可得该玻璃平板样品的平均几何厚度为５.０１６９ｍｍꎬ３６玻璃平板厚度测量的实验研究与标称厚度之间的误差为０.３４％ꎮ表１㊀一组对应坐标点的干涉极值位置坐标(ｘ＝８７)Ｙ＝１００Ｙ＝１０５Ｙ＝１１０Ｙ＝１１５Ｙ＝１２０Ｙ＝１２５Ｙ＝１３０Ｙ＝１３５Ｙ＝１４０Ｙ＝１４５前极值序列１４９９１４９９１４９８１４９８１４９７１４９７１４９７１４９５１５０１１５０１后极值序列９１０１９１０４９１０３９１０７９１０５９１０４９１０８９１０８９１０７９１０６光学厚度/ｍｍ７.６０２７.６０５７.６０５７.６０９７.６０８７.６０７７.６１１７.６１３７.６０６７.６０５平均光学厚度/ｍｍ７.６０７１３㊀结㊀论本文在泰曼￣格林干涉测量系统中ꎬ采用短相干光源ꎬ组成白光干涉测量系统ꎬ并分析了利用白光干涉测量技术进行的平板玻璃厚度测量的原理ꎬ采用步进电机控制参考面进行移动ꎬ通过测量平板玻璃前后表面分别与参考面产生干涉时的位置之差ꎬ计算出玻璃的光学厚度ꎬ并进而根据玻璃的折射率ꎬ求出其几何厚度ꎮ实验经过多个坐标点的数据计算ꎬ求取平均值的方法ꎬ得到的较高的测量精度ꎮ主要来源于图像选取点的位置读数ꎬ若减小步进电机的进动步长ꎬ则可相应提高测量的精度ꎮ该方法可在测量透明物体厚度领域得到更为广泛的运用ꎬ若待测物体几何厚度较大ꎬ则需要采用大景深光学系统ꎮ参考文献:[１]㊀申荣.浅析平板玻璃在建筑中的应用[Ｊ].建筑知识:学术刊ꎬ２０１１:２７２￣２７３.[２]㊀彭寿ꎬ张冲.平板玻璃在光电显示领域的应用与发展趋势[Ｊ].中国玻璃ꎬ２０１２(２):３￣８. [３]㊀王军ꎬ阎承斌ꎬ沈正海ꎬ等.有机玻璃在医疗领域中的应用与注意事项[Ｊ].医疗装备ꎬ２００８ꎬ２１(１):１７￣１８.[４]㊀陈鑫.平板玻璃在环境艺术设计中的应用[Ｊ].产业与科技论坛ꎬ２０１１ꎬ１０(１８):１９８￣１９８. [５]㊀王仁洲ꎬ杨涛.迈克耳逊干涉仪旋转样品法测量透明玻璃厚度[Ｊ].物理实验ꎬ２０１４(１１):２４￣２６. [６]㊀王兴英ꎬ常旭光.电容传感式玻璃厚度测量仪[Ｊ].传感器与微系统ꎬ１９９５(２):２９￣３３.[７]㊀孙峰.玻璃厚度在线测量系统的研制[Ｄ].大连理工大学ꎬ２０１３:３１￣３７.[８]㊀陈慧芳ꎬ严惠民ꎬ施柏煊.白光干涉法测量金属箔厚度[Ｊ].仪器仪表学报ꎬ２００３ꎬ２４(ｚ２):１９￣２０. [９]㊀张海峰.泰曼￣格林干涉仪ＣＣＤ实时图像采集系统的研制[Ｊ].中国原子能科学研究院年报ꎬ２００６(１):１７６￣１７６.[１０]周俊勇.通过改变玻璃厚度研究白光相干性[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１４(３):４０￣４３.[１１]万伟.迈克尔逊干涉仪测透明介质厚度及折射率[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１３(５):２２￣２４.ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＴｅｓｔｉｎｇｆｏｒｔｈｅＧｌａｓｓＰｌａｔｅＴｈｉｃｋｎｅｓｓＴＡＮＨａｎ￣ｚｈｉꎬＸＩＸｉａｏ￣ｑｉａｎꎬＣＨＥＮＪｉｅꎬＬＩＵＹａｎｇꎬＺＵＯＦｅｎ∗(ＨｕａｉｙｉｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＪｉａｎｇｓｕＨｕａｉａｎ２２３３００)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｇｌａｓｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓｎｅｅｄｓｔｏｂｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｄｉｎｐｌａｔｅｇｌａｓｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ.Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｇｌａｓｓｐｌａｔｅｉｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ.Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓｔｈｅｓｔｅｐｍｏｔｏｒｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐａｎｔｒｙꎬａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄａｇｌａｓｓｓｌａｂｗｉｔｈａｎｏｍｉｎａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ５ｍｍ.Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｍｅｔｈｏｄｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓａｍｐｌｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅｔｉｍｅｓꎬａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓ０.３４％.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｐｔｉｃａｌｔｅｓｔｉｎｇꎻｗｈｉｔｅｌｉｇｈｔｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙꎻｇｌａｓｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓ４６玻璃平板厚度测量的实验研究。
光学实验中如何利用干涉原理测量薄膜厚度在光学实验中，测量薄膜厚度是一项常见且重要的任务。
利用干涉原理来实现这一测量具有高精度、非接触等优点。
接下来，让我们逐步了解这一精妙的测量方法。
干涉现象是光的波动性的一种重要表现。
当两束或多束光相遇时，它们会相互叠加，从而产生明暗相间的条纹，这就是干涉条纹。
而在测量薄膜厚度的实验中，我们常常利用的是等厚干涉原理。
等厚干涉中，一个典型的例子就是劈尖干涉。
想象一下，有一块平板玻璃，在其一端垫上一小薄片，这样就形成了一个劈尖状的空气薄层。
当一束平行光垂直入射到这个劈尖上时，在劈尖的上、下表面反射的两束光会发生干涉。
假设入射光的波长为λ，薄膜的折射率为 n。
在劈尖干涉中，相邻两条亮条纹（或暗条纹）之间对应的薄膜厚度差为λ/（2n）。
我们通过测量干涉条纹的间距以及已知的波长和薄膜折射率，就能够计算出薄膜的厚度。
为了更准确地测量薄膜厚度，实验中需要注意一些关键因素。
首先是光源的选择。
理想的光源应该具有单色性好、亮度高且稳定的特点。
常用的有激光光源，比如氦氖激光器发出的红光，其波长稳定且单色性极佳。
其次，实验装置的搭建要精确。
例如，要确保入射光垂直照射到薄膜表面，这样可以简化计算和提高测量精度。
同时，观测干涉条纹的设备也需要具备足够的分辨率，以便清晰地分辨出条纹的细节。
在实际操作中，我们可以使用显微镜来观察干涉条纹。
通过调节显微镜的焦距和位置，找到清晰的干涉条纹图像。
然后，使用测量工具（如目镜测微尺）来测量条纹的间距。
还有一种常见的干涉测量薄膜厚度的方法是牛顿环。
将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块平面玻璃上，在两者之间就会形成一个空气薄膜。
当平行光垂直入射时，同样会产生干涉现象，形成明暗相间的同心圆环，即牛顿环。
对于牛顿环，第 m 个暗环的半径 r 与凸透镜的曲率半径 R、入射光波长λ以及薄膜厚度 d 之间存在如下关系：r²＝mλR m(m 1/2)λ² ／ 2 。
镀膜玻璃的薄膜参数的反射光谱测量法项目完成单位：国家建筑材料测试中心项目完成人：刘元新鲍亚楠孙宏娟王廷籍摘要本文提出从镀膜玻璃的反射光谱测量薄膜厚度、折射率和消光系数的方法，并从电磁波传播理论和两面镀导电膜玻璃的实验加以证实。
本方法测量薄膜厚度的误差随着膜厚的增加而增加，几百纳米膜厚的测量误差不大于±10%。
测量范围大约为100nm-5μm。
关键词薄膜、厚度、反射光谱、折射率、消光系数1.前言自洁净玻璃的自洁净性能、Low-E玻璃的低幅射性能都与其膜层的厚度、折射率和消光系数有着密切的关系[1]。
近代微电子学装置，如成像传感器、太阳能电池、薄膜器件等都需要这些参数[2] 。
这些参数的数据是薄膜材料、薄膜器件设计的必不可少的基础性数据。
通常都是单独测量这些参数，薄膜厚度用原子力显微镜、石英震荡器、台阶仪、椭偏仪、干涉法来测量。
薄膜折射率的测量就比较麻烦，因为它是波长的函数，它可以用基于干涉、反射原理的方法测量。
从薄膜的吸收谱就可测量其消光系数。
显然，取得这些数据是很麻烦、很费时、成本也很高，特别是对于纳米级薄膜。
2000年，美国Princeton等大学提出[2] ，从物理角度建立透射光谱模型，调整模型中的未知的参数，即薄膜厚度、折射率、消光系数，使透射光谱的理论曲线同实验曲线重合，这就同时取得薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。
他们用这种方法同时测量了“玻璃-薄膜”系统的薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。
显然，这是取得这些数据的简便、快速、低成本的方法，也是这个领域的一个发展趋势。
薄膜参数的信息既包含在镀膜玻璃的透射光谱中，也包含在镀膜玻璃的反射光谱中，Mulato等人[2]是从镀膜玻璃的透射光谱中提取出薄膜参数的信息，本文尝试从镀膜玻璃的反射光谱中提取出薄膜参数的信息，建立导电聚苯胺高分子聚合物薄膜参数的计算机模拟测量方法。
2.反射光谱这里仅考虑两面镀膜玻璃，即“薄膜-玻璃-薄膜”系统，这系统有4个界面5个区域(图1) ，4个界面为：空气-薄膜、薄膜-玻璃、玻璃-薄膜、薄膜-空气界面；5个介质区域为：空气区(1)、薄膜区(2)、玻璃区(3)、薄膜区(4)、空气区(5)。
镀铝膜纸厚度测量仪的试验步骤介绍
前言
镀铝膜纸厚度测量仪是用于测量镀铝膜纸的厚度，可以广泛应用于包装行业、
印刷行业、医疗器械行业、食品包装行业等领域。
在使用前，需对仪器进行试验。
本文将介绍镀铝膜纸厚度测量仪的试验步骤。
工具准备
1.镀铝膜纸厚度测量仪；
2.至少3张镀铝膜纸样品；
3.比较仪器的尺子或卡尺。
步骤
1.将镀铝膜纸厚度测量仪放在水平的工作台上，连接电源线并开启仪器；
2.打开仪器中的零位调整功能，将测量刀片的针尖放置在零位，并按下
零位调整按钮调整至零位；
3.将准备好的镀铝膜纸样品放置于测量平台上；
4.将比较仪器的尺子或卡尺横放于测量平台上，并将其靠近样品；
5.用手按住比较仪器的尺子或卡尺，将其对准测量刀片的针尖；
6.开始测量，将测量刀片移动轻轻地触碰样品，然后逐渐加压，直至测
量刀片彻底切入样品中；
7.读取测量结果，记录并重复以上步骤对每个镀铝膜纸样品进行测试；
8.每个样品测试完成后，清除样品和测量刀片上的残余物，以免对下一
个测试产生影响。
结论
通过以上步骤，您已经完成了镀铝膜纸厚度测量仪的测试。
在实际使用过程中，需要注意保持仪器的清洁和使用正确的操作方法，以确保测试结果的准确性。
