第一篇：橢圓偏振法測(cè)量薄膜厚度實(shí)驗(yàn)的小結(jié)和心得（寫寫幫整理）

橢圓偏振法測(cè)量薄膜厚度實(shí)驗(yàn)的小結(jié)和心得

摘要：橢圓偏振測(cè)量是一種通過分析偏振光在待測(cè)薄膜樣品表面反射前后偏振狀態(tài)的改變來獲得薄膜材料的光學(xué)性質(zhì)和厚度的一種光學(xué)方法。由于橢圓偏振測(cè)量術(shù)測(cè)量精度高，具有非破壞性和非擾動(dòng)性，該方法被廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、攝影學(xué)，生物學(xué)以及生物工程等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：誤差、改進(jìn)、小結(jié)、實(shí)驗(yàn)感受

引言：橢圓偏振法是根據(jù)測(cè)量其反射光的偏振來確定薄膜厚度及各種光學(xué)參數(shù)。這種方法已成功應(yīng)用于測(cè)量介質(zhì)膜、金屬膜、有機(jī)膜和半導(dǎo)體膜的厚度、折射率、消光系數(shù)和色散等。本實(shí)驗(yàn)是采用消光型的橢圓偏振測(cè)厚儀，具有簡(jiǎn)單、精度高、慢等特點(diǎn)。

正文：

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?/p>

通過實(shí)驗(yàn)，了解橢偏法的基本原理，學(xué)會(huì)用橢偏法測(cè)量納米級(jí)薄膜的厚度和折射率，以及金屬的復(fù)折射率。橢偏法測(cè)量的基本思路是，起偏器產(chǎn)生的線偏振光經(jīng)取向一定的1／4 波片后成為特殊的橢圓偏振光，把它投射到待測(cè)樣品表面時(shí)，只要起偏器取適當(dāng)?shù)耐腹夥较?，被待測(cè)樣品表面反射出來的將是線偏振光。根據(jù)偏振光在反射前后的偏振狀態(tài)變化（包括振幅和相位的變化），便可以確定樣品表面的許多光學(xué)特性。

2、實(shí)驗(yàn)的誤差來源

通過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)最大的誤差是來源于對(duì)消光位置的判定。實(shí)驗(yàn)中，由于儀器不能完全被消光，所以消光位置的確定就顯得有些困難。雖然經(jīng)過多次調(diào)節(jié)光路，到最后確定位置的時(shí)候也不能確定完全消光，這會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)的精度，給實(shí)驗(yàn)帶來較大誤差。除此之外，由于本實(shí)驗(yàn)中，各種狀態(tài)的判定均靠人眼判斷，例如：樣品臺(tái)是否水平、消光狀態(tài)、起偏器和檢偏器的位置讀數(shù)等，使實(shí)驗(yàn)存在較多的人為誤差，這些都是不可避免的。

3、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

由上述的誤差分析，我們可以知道實(shí)驗(yàn)的主要誤差來源。對(duì)于最主要的誤差“消光位置的確定”,是由于靠人眼來判斷消光位置的所致的。因此，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中應(yīng)該盡量避免更多的不確定因素，我們可以使光學(xué)量通過電學(xué)量來表示，即可以在儀器的末端安裝一個(gè)光電接收電流表，通過電流表的讀數(shù)可以直觀地反映出儀器的消光狀況，使得測(cè)量更加精確。雖然電流表的讀數(shù)也是靠人眼來讀取，但是通過這種方式會(huì)減少誤差。還有一些關(guān)于次要誤差的減少，例如：我們?cè)谡{(diào)節(jié)載物臺(tái)水平時(shí)，可以用精度高一些的水平儀，以確保我們實(shí)驗(yàn)的條件更加好。而且，我們應(yīng)該盡量多地讀取更多組數(shù)據(jù)，以便求平均值來減少誤差。

4、實(shí)驗(yàn)小結(jié)

本實(shí)驗(yàn)是光學(xué)實(shí)驗(yàn)。對(duì)于光學(xué)實(shí)驗(yàn)，最為重要的是光路的調(diào)節(jié)，光路的調(diào)節(jié)準(zhǔn)確與否，直接影響了實(shí)驗(yàn)的精度。因此，在實(shí)驗(yàn)前要準(zhǔn)確調(diào)節(jié)光路，使起偏器和檢偏器保持光線同軸。

學(xué)習(xí)本實(shí)驗(yàn)中簡(jiǎn)化問題的方法。從實(shí)驗(yàn)原理看，本實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際計(jì)算的量很多，而且需要求解很煩的超越方程。但通過適當(dāng)?shù)淖儞Q以及光學(xué)儀器的運(yùn)用可使問題簡(jiǎn)化。如通過1/4波片之后，光變成等幅橢圓偏振光，使得

|E?EE/E?1，使得tg??|?EErprsis||ipis變?yōu)閠g??|E?Ers|，計(jì)算可以大大簡(jiǎn)

rpip化。通過調(diào)整儀器，使反射光成為線偏光，即

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rs??（?? ip??)或????，可使問題簡(jiǎn)化。（???）isipis5、近代物理實(shí)驗(yàn)課的感受

上完這個(gè)學(xué)期的近代物理實(shí)驗(yàn)課，我們大學(xué)階段的物理實(shí)驗(yàn)課就結(jié)束了。這個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課，和以往一樣都是那么的生動(dòng)有趣。一方面是，這學(xué)期的物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方法與上一個(gè)學(xué)期一樣。在做實(shí)驗(yàn)之前，老師不僅要求我們課前要預(yù)習(xí)，還要求我們做實(shí)驗(yàn)之前要小組討論，而且要討論得激烈。我很喜歡這種上課的模式，因?yàn)殡m然實(shí)驗(yàn)前同學(xué)們都有預(yù)習(xí)，但仍然存在一些不明白的知識(shí)，在討論的過程中，同學(xué)們可以通過對(duì)彼此的觀點(diǎn)的思考與辨別，更加深入地了解與掌握本實(shí)驗(yàn)的原理和知識(shí)點(diǎn)，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)手過程，就讓我們更加地認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)的原理。另一方面，這個(gè)學(xué)期的物理實(shí)驗(yàn)課，讓我們接觸到一些放射性的物質(zhì)，雖然有一點(diǎn)危險(xiǎn)，不過更多的是有趣。因?yàn)檫@些關(guān)于核的實(shí)驗(yàn)可以讓我更加地了解放射性的性質(zhì)，幫我揭開了關(guān)于核的神秘面紗。

在本學(xué)期的近代物理實(shí)驗(yàn)課上，我們做了關(guān)于近代物理的實(shí)驗(yàn)，讓我受益菲淺。其中很多知識(shí)在平時(shí)的學(xué)習(xí)中都是無法學(xué)習(xí)到的，其中很多實(shí)驗(yàn)都開闊了我們的視野，讓我們獲得了許多平時(shí)課堂上得不到的知識(shí)。

通過一個(gè)學(xué)期的物理實(shí)驗(yàn)，我覺得實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，我們學(xué)到的許多理論都來源于實(shí)驗(yàn)，也學(xué)到了許多物理課上沒有教到的理論。很多實(shí)驗(yàn)都是需要花費(fèi)許多心思去學(xué)習(xí)的，也是非常復(fù)雜的。我們學(xué)習(xí)理科的同學(xué)，更加要重視實(shí)驗(yàn)課，因?yàn)槔碚撆c實(shí)踐結(jié)合是最重要。

在每次試驗(yàn)之前，我們都要做預(yù)習(xí)報(bào)告，通過實(shí)驗(yàn)手冊(cè)和自己參閱資料，得知本次實(shí)驗(yàn)的目的、原理、所需儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)中的要求及注意事項(xiàng)等問題。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課我們可以知道預(yù)習(xí)報(bào)告是非常重要的，只有在實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真做好預(yù)習(xí)，才能在實(shí)驗(yàn)課上更快、更好地完成實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也能收獲更多知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)操作當(dāng)然是物理實(shí)驗(yàn)的核心。經(jīng)過了一個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)做實(shí)驗(yàn)有許多需要注意的地方，掌握了這些技巧才能讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果變的更加準(zhǔn)確和方便。做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，一定要集中精神，例如在做蓋革—米勒計(jì)數(shù)管的特性及放射性衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我們要集中精神地看著電壓和計(jì)數(shù)率的變化情況，因?yàn)殡妷阂刂圃谝欢ǖ姆秶?，?dāng)我們稍不留神，電壓就會(huì)超出觀察的范圍，從而造成儀器的損壞或者實(shí)驗(yàn)的失敗，因此集中注意力是相當(dāng)重要的。其次，做實(shí)驗(yàn)時(shí)要有足夠的耐心和定力。就像做橢偏法測(cè)薄膜厚度這個(gè)實(shí)驗(yàn)一樣，需要測(cè)多組數(shù)據(jù)，而且不一定測(cè)出來的每一組數(shù)據(jù)都能成功，還要在電腦上通過查表之后才能確定，這就需要足夠的耐心和一定的動(dòng)手能力。最后，一定要知道實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，什么是不能做的，就像做核實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們就不能隨便去碰那些放射源，在拿取時(shí)必須要用鑷子拿，不然會(huì)對(duì)人造成危險(xiǎn)。當(dāng)然做完實(shí)驗(yàn)之后一定要還原好實(shí)驗(yàn)器材，不能做完了就拍拍屁股走人，這是一名大學(xué)生應(yīng)有的素質(zhì)?？傊趯?shí)驗(yàn)中需要注意的事情還有很多，這些事情讓我們體會(huì)到，物理實(shí)驗(yàn)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S，需要認(rèn)真思考，每一步都要嚴(yán)謹(jǐn)，不然就會(huì)產(chǎn)生不該產(chǎn)生的誤差影響最終的數(shù)據(jù)結(jié)果，或?qū)е聦?shí)驗(yàn)失敗。

實(shí)驗(yàn)完成之后自然是數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是對(duì)實(shí)驗(yàn)定量分析的依據(jù)，是探索、驗(yàn)證物理規(guī)律的第一手資料。在系統(tǒng)誤差一定的情況下，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得恰當(dāng)與否，會(huì)直接影響偶然誤差的大小。所以對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理是實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容之一。這學(xué)期的近代物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)都是比較多和比較繁瑣的，而且要求圖文并茂，這更加要求我們處理數(shù)據(jù)的時(shí)候要細(xì)心。還有需要一些軟件幫助處理數(shù)據(jù)和畫圖，我們?cè)谳斎霐?shù)據(jù)的時(shí)候就要更加認(rèn)真謹(jǐn)慎。

經(jīng)過這一年的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，讓我收獲多多。想要做好物理實(shí)驗(yàn)容不得半點(diǎn)馬虎，它培養(yǎng)了我們的耐心、信心和恒心。當(dāng)然，我也發(fā)現(xiàn)了自己存在很多不足的地方。我的動(dòng)手能力還不夠強(qiáng)，理論知識(shí)還不夠扎實(shí)，當(dāng)有些實(shí)驗(yàn)需要比較強(qiáng)的動(dòng)手能力的時(shí)侯我還不能從容應(yīng)對(duì)，實(shí)驗(yàn)就是為了讓你動(dòng)手做，去探索一些你未知的或者是你尚不是深刻理解的東西?，F(xiàn)在，大學(xué)生的動(dòng)手能力越來越被人們重視，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)正好為我們提供了這一平臺(tái)讓我們?nèi)ュ憻捵约旱膭?dòng)手能力。我的學(xué)習(xí)方式還有待改善，當(dāng)面對(duì)一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)時(shí)我還不能很快很好地完成。偉大的科學(xué)家之所以偉大就是他們利用實(shí)驗(yàn)證明了他們的偉大。唯有實(shí)驗(yàn)才是檢驗(yàn)理論正確與否的唯一方法。為了要使你的理論被人接受，你必須用事實(shí)來證明，讓那些懷疑的人啞口無言。雖然我們的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)只是對(duì)以前的實(shí)驗(yàn)的一種再現(xiàn)，但是對(duì)于一個(gè)普通的大學(xué)生來說，這些事情也并不是一件容易的事情。我的數(shù)據(jù)處理能力還得提高，數(shù)據(jù)處理的是否得當(dāng)將直接影響你的實(shí)驗(yàn)成功與否。當(dāng)實(shí)驗(yàn)得出一大堆復(fù)雜數(shù)據(jù)的時(shí)侯我的處理方式和能力還不足，有時(shí)候會(huì)算錯(cuò)結(jié)果，有時(shí)候會(huì)無從下手，有時(shí)候會(huì)繞遠(yuǎn)路用復(fù)雜的方式去處理數(shù)據(jù)。經(jīng)過這一年，我學(xué)會(huì)了一些處理數(shù)據(jù)的方法，相信這同樣也能對(duì)我其它的課程的學(xué)習(xí)起到幫助作用。

結(jié)束語： 總之，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課讓我收獲頗豐，也發(fā)現(xiàn)了自身的許多不足的地方。我會(huì)將在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)到的東西發(fā)揮到更多的地方去，也將在今后的學(xué)習(xí)和工作中不斷提高、完善自我。在今后的學(xué)習(xí)、工作中取得更大的收獲，在將來畢業(yè)的時(shí)候能夠成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有更大貢獻(xiàn)的人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳先球 熊予瑩主編.近代物理實(shí)驗(yàn)教程.科學(xué)出版社 [2] 母國光、戰(zhàn)無齡.光學(xué).北京，人民教育出版社，1978 [3] 黃佐華，何振江，楊冠玲等.多功能橢偏測(cè)厚儀.光學(xué)技術(shù) [4] 吳思誠.近代物理實(shí)驗(yàn)[M].北京：人民教育出版社，1972.[5] 莫黨.橢圓偏振法-----測(cè)量薄膜與研究表面的新方法.電子科學(xué)技術(shù)

第二篇：激光三角法測(cè)量鋼板厚度光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

目 錄

摘 要…..........................................................................................................................第一章 引言..................................................................................................................1.1研究的背景和意義...........................................................................................1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀................................................................................................1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀.............................................................................................1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀...............................................................................................第二章 測(cè)量原理及方案論證.....................................................................................2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)分析.....................................................................................................2.2 測(cè)厚技術(shù)簡(jiǎn)述....................................................................................................2.3 激光三角法測(cè)量原理...........................................................................................2.3.1激光三角法測(cè)量的類型和區(qū)別....................................................................2.3.2激光三角法測(cè)量的基本原理........................................................................2.4 沙姆條件…………………………………………………................................2.5 測(cè)量模型及方案論證…………………………………………...........................第三章 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)....................................................................................................3.1總體結(jié)構(gòu)布局.......................................................................................................3.2光源......................................................................................................................3.3聚焦系統(tǒng)與成像系統(tǒng)...........................................................................................第四章 誤差與精度分析................................................................................................4.1 誤差分析...............................................................................................................4.1.1光學(xué)系統(tǒng)誤差分析.........................................................................................4.1.2隨機(jī)誤差分析................................................................................................4.2 精度分析.............................................................................................................第五章 總結(jié)....................................................................................................................參考文獻(xiàn).........................................................................................................................摘要

在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，外形尺寸的測(cè)量一直是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，厚度測(cè)量更是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在測(cè)厚領(lǐng)域里，采用激光三角法這一典型的非接觸式測(cè)量方法對(duì)物體的厚度進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量不僅能滿足測(cè)量的實(shí)時(shí)性，還能保證測(cè)量的高精確度，這種測(cè)量方法已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。本文所提出的基于激光三角法厚度在線測(cè)量技術(shù)采用雙光路半導(dǎo)體激光技術(shù)與直射型激光三角法相結(jié)合，同時(shí)對(duì)平板物體進(jìn)行厚度的在線測(cè)量。

文中主要包括總體方案的設(shè)計(jì)和由此涉及的關(guān)鍵技術(shù)、測(cè)量原理、精度與誤差、實(shí)驗(yàn)等幾個(gè)部分，本課題提出的基于激光三角法厚度絕對(duì)測(cè)量研究,是集機(jī)、電、光、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體的精密測(cè)量方法,它的主要組成部分是:激光器、聚焦系統(tǒng)和成像系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換器件CCD及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理部分。這里由于是只對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以本文主要論述的是光學(xué)系統(tǒng)部分的任務(wù)分析，測(cè)量原理的理論分析和計(jì)算方法，并對(duì)光學(xué)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析，并對(duì)于個(gè)別誤差提出相對(duì)應(yīng)的解決措施，以提高測(cè)量精度和測(cè)量速度。全文的主要內(nèi)容分為四章：

第一章：引言,主要介紹了鋼板測(cè)厚的重要性，由于主要采用的是激光三角法進(jìn)行測(cè)量所以主要介紹以及激光三角法在非接觸測(cè)量中國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景。

第二章：測(cè)量原理，激光三角法測(cè)量的不同類型，通過對(duì)比，進(jìn)行選型；簡(jiǎn)述激光三角法的測(cè)量原理，我們所設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)的測(cè)量模型和方案論證。

第三章：首先介紹了總體結(jié)構(gòu)的布局，然后對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的光源、聚焦系統(tǒng)及成像系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

第四章：對(duì)光學(xué)系統(tǒng)在測(cè)量過程中可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了分析，并對(duì)一些誤差提出了解決方案以提高測(cè)量的精度及速度。

第五章：總結(jié)，文章的最后進(jìn)行了全文的總結(jié)，并提出了在設(shè)計(jì)過程中的不足之處，講述了自己在設(shè)計(jì)過程中的心得體會(huì)。

第一章 引言

§1.1研究背景和意義

現(xiàn)如今，工業(yè)發(fā)展的水平可以近似直接代表著國民經(jīng)濟(jì)的整體實(shí)力水平，因此工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平對(duì)國民發(fā)展有著重要的意義。鋼板是造船、橋梁、機(jī)械、汽車行業(yè)中不可缺少的原材料，在軋鋼生產(chǎn)過程中鋼板尺寸是很重要的參數(shù)，直接決定著鋼板的成材率。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是采用檢測(cè)頭與待測(cè)鋼板直接接觸來測(cè)量，這種測(cè)量方法檢測(cè)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且會(huì)使測(cè)量儀器的檢測(cè)頭發(fā)生磨損，從而造成儀器的測(cè)量精度下降。因此，在現(xiàn)代板材生產(chǎn)中，不論是軋制過程中還是最終產(chǎn)品的調(diào)整中，為獲得較高的板材命中率和最佳的軋制過程及剪切效果，板材尺寸測(cè)量系統(tǒng)已成為生產(chǎn)線上不可缺少的設(shè)備之一。寬度偏差每減少1mm，成材率就可以提高0．1％左右，因此尺寸控制技術(shù)可顯著提高經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

目前，我國大部分企業(yè)仍在延用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，采用接觸式的測(cè)量方式，技術(shù)相對(duì)落后，而且在處理復(fù)雜的零件時(shí)顯得無從下手。這種情況嚴(yán)重地影響了工作的效率與工作的質(zhì)量，為此應(yīng)加大力度地發(fā)展測(cè)量的新技術(shù)來解決傳統(tǒng)測(cè)量方式不能處理的問題，以適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)發(fā)展的需要。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高與更新，這種非接觸式的測(cè)量方法能夠滿足對(duì)測(cè)量所要求的精確度與實(shí)時(shí)性，己經(jīng)成為這一領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。再加上電子技術(shù)與光學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，光電檢測(cè)這種綜合多種技術(shù)的測(cè)量方法成為非接觸式測(cè)量的重要手段。本文所提出的激光三角法是光電檢測(cè)技術(shù)其中的一種。這種方法在檢測(cè)長度、距離以及三維形貌的用途中因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)、使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)顯得更具優(yōu)勢(shì)。這種方法已經(jīng)在測(cè)量位移、表面形貌等檢測(cè)工作中取得了很好的效果，并且會(huì)擴(kuò)展更廣闊的使用空間,發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),推動(dòng)工業(yè)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

§1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

自上個(gè)世紀(jì)60年代激光測(cè)微儀的誕生，這種商品被大力的發(fā)展與生產(chǎn)，性能得到不斷的改善,應(yīng)用領(lǐng)域也被擴(kuò)展的更加廣泛，成為一種重要的非接觸式檢測(cè)儀器。國內(nèi)外也有不少企業(yè)在做這方面的技術(shù)，一般分為直射式與斜射式兩種形式。直射式的產(chǎn)品有基恩士公司生產(chǎn)的LS系列和LK系列，德國Micro-Epsilon

公司的optoNCDT系列，美國MT公司的MicroTRAK系列等多種型號(hào)；斜射式的激光位移傳感器以日本Keyence公司的LK系列最為突出。表1-1列出了目前市場(chǎng)上常見的幾種激光三角位移傳感器的技術(shù)指標(biāo)[6]。

表1-1 激光三角位移傳感器的技術(shù)指標(biāo)

[8]

1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀

在歐洲以及美國等發(fā)達(dá)國家很早就致力于激光三角法測(cè)量平板厚度的基礎(chǔ)理論研究及測(cè)量儀器的研制，并且己經(jīng)為此投產(chǎn)，生產(chǎn)出了一系列相對(duì)比較完善光電檢測(cè)產(chǎn)品，尤其是在日本和德國，光電子技術(shù)的發(fā)展的速度非?？?，應(yīng)用也相對(duì)的更為廣泛一些，所以國外在厚度檢測(cè)這一方面的發(fā)展有著很迅猛的速度，擁有光源照明技術(shù)和光電檢測(cè)元件的種類非常齊全，光電檢測(cè)技術(shù)也很成熟。例如:日本的Mot1toshiAndo等人運(yùn)用光三角方法印制線路板的線條檢測(cè)，用這種方法還可以檢驗(yàn)出工件表面的劃痕和裂痕；英國劍橋大學(xué)的Roert Johnes等人將該方法用于渦輪葉片及飛機(jī)機(jī)翼斷面檢測(cè)，在10mm范圍內(nèi)精度可達(dá)2-

5；西德早已報(bào)道把激光光學(xué)三角測(cè)量技術(shù)和裝置用于隨線控制，它既可測(cè)量鋼板的厚度，又可測(cè)量鋼水的高度；日本的安立一巖通公司推出的通用型激光厚度位移計(jì)ST-370型的1、2、3系列。國外各大公司在光電檢測(cè)技術(shù)中的突出表現(xiàn)代表了目前光電檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展程度，同時(shí)也預(yù)示著光電檢測(cè)技術(shù)更廣闊的發(fā)展空間。

1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

雖然國內(nèi)在光電檢測(cè)技術(shù)上的起步較晚，但是鑒于傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量技術(shù)有

著較大局限性，行內(nèi)的技術(shù)人員早已注重了對(duì)于新型測(cè)量方式—非接觸式測(cè)量技術(shù)的研究，使其技術(shù)在國內(nèi)迅速發(fā)展，并且取得了一些相對(duì)比較好的成果。例如：1987年8月由電子工業(yè)部第二十五研究所的陳為民、卞海洋等人研制成功的激光測(cè)厚儀采用激光雙三角測(cè)量原理，由激光器!視頻信號(hào)處理器、微機(jī)等組成；1991年,中國科技大學(xué)的金泰義、李勝利等人開發(fā)研制出了JW—1型CCD激光測(cè)微儀，它以半導(dǎo)體激光器為光源,通過CCD進(jìn)行信號(hào)接收，接受的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。這種測(cè)微儀是光、機(jī)、電一體化的典型事例，是光電檢測(cè)方面研制的比較早的CCD激光測(cè)厚儀，采用光電藕合器件CCD實(shí)現(xiàn),整體系統(tǒng)的技術(shù)水平在當(dāng)時(shí)的國內(nèi)己經(jīng)體現(xiàn)了檢測(cè)技術(shù)的最高水平；長春光機(jī)所研制的基于光學(xué)三角測(cè)量原理的激光非接觸探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，測(cè)量精度高，速度快；安徽工業(yè)大學(xué)電信學(xué)院的章小兵在研究了板材在線測(cè)厚時(shí)就用的激光三角法并敘述了激光三角法測(cè)厚的原理[1]，對(duì)板材在線測(cè)厚系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)并給出了系統(tǒng)測(cè)量指標(biāo)。與此同時(shí)，例如計(jì)算機(jī)視覺測(cè)試技術(shù)等新型技術(shù)都是在以激光三角法為理論基礎(chǔ)的研究上發(fā)展起來的。

§1.3展望

通過大量的檢索查新國內(nèi)國外文獻(xiàn)資料，可以發(fā)現(xiàn)目前我國光電檢測(cè)儀器與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比，我國的光電檢測(cè)的儀器產(chǎn)業(yè)還不夠成熟。我國主要報(bào)導(dǎo)的多，實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用的少。從減小測(cè)量誤差、提高測(cè)量有效速率方面與發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品設(shè)計(jì)還是存在一定的差距的。特別是本文涉及的以激光技術(shù)激光三角檢測(cè)技術(shù)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合對(duì)平板進(jìn)行絕對(duì)測(cè)厚的技術(shù)在國內(nèi)鮮少報(bào)道。

第二章 測(cè)量原理和方案論證

§2.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析

由于在生產(chǎn)線從加熱爐出來，經(jīng)軋輥機(jī)軋制的鋼板，溫度很高，一般在900℃左右，呈現(xiàn)紅色或暗紅色。為了更快更準(zhǔn)確的獲得鋼板尺寸數(shù)據(jù)，得到最佳的軋制過程及剪切效果，需要實(shí)時(shí)在線采集鋼板尺寸信息，并及時(shí)顯示出來，以便于操作工人及時(shí)調(diào)整軋機(jī)或者印制尺寸標(biāo)識(shí)。所以我們根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，要求所設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)必須可以進(jìn)行非接觸式的在線測(cè)量，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)難度，在設(shè)計(jì)要求中假設(shè)是在鋼板冷卻后再進(jìn)行測(cè)量。所需測(cè)試的鋼板的厚度為5±0.05mm，精度要求為±1％。

§2.2測(cè)厚技術(shù)簡(jiǎn)述

測(cè)厚技術(shù)通常都是以非接觸式檢測(cè)方法為主，按照測(cè)量原理和使用的傳感器類型來分，大致可分為激光三角法、電容法、射線法、超聲法等。這里我們選用的是激光三角法測(cè)厚度，所以其他測(cè)量方法就不做過多的贅述。

激光三角法利用探頭中的激光器發(fā)射出激光，入射到電荷藕合器件CCD或位置檢測(cè)器PSD作為接收器，通過在接收面上的像點(diǎn)經(jīng)過位移變化，再通過計(jì)算公式計(jì)算出被測(cè)面的位移。本系統(tǒng)就是采用這種雙激光三角法進(jìn)行厚度測(cè)量,其原理示意圖如圖2.1所示。

圖2.1雙激光三角法厚度測(cè)量原理示意圖

激光三角法在測(cè)厚領(lǐng)域里已經(jīng)日趨發(fā)展成熟，通過光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)三者有機(jī)的結(jié)合，已經(jīng)有一系列的測(cè)厚儀器問世；同時(shí)在近幾年中，應(yīng)用激光三角法，結(jié)合電荷耦合器件CCD，應(yīng)用兩個(gè)探頭同時(shí)進(jìn)行厚度測(cè)量，使測(cè)厚技術(shù)己經(jīng)逐步向于動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)化測(cè)量，自動(dòng)、程序化數(shù)據(jù)處理方向高速發(fā)展。

§2.3激光三角法測(cè)量原理

根據(jù)前文所述的任務(wù)分析，我們選擇采用具有分辨力高、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、非接觸測(cè)量、可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)、測(cè)量儀器體積小等特點(diǎn)的激光三角法，來實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量的。盡管常用的微位移檢測(cè)的方法有很多種,例如機(jī)械法、電學(xué)法、光學(xué)法等，但都無法與激光三角法匹敵,激光三角法是位移檢測(cè)方法的發(fā)展趨勢(shì),具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.3.1激光三角法測(cè)量的類型及區(qū)別

(1)反射型與投射型

激光三角法光路按檢測(cè)方式分為反射型與透射型本系統(tǒng)采用的就是反射型的激光三角法,通過激光在被測(cè)對(duì)象的表面發(fā)生反射,接收到被測(cè)信息。而對(duì)于一些特殊材料的被測(cè)工件如透明物質(zhì),由于其表面非常光滑，用反射型會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生一定的影響,則可以采用透射式激光三角法,通過激光器發(fā)出的光線透過被測(cè)工件再投射在光敏面上而獲取測(cè)量信息。(2)單束光和片光

按入射光束的形態(tài)來分,又可分為單束光和片光。顧名思義,若單束光入射的話,光斑小、光的強(qiáng)度高，但是廣度不夠,如果片光入射則需要采用激光透射光條與一個(gè)面陣探測(cè)器組成,通過光切法,也稱結(jié)構(gòu)光圖像法，能一次獲取一條掃描線上的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用的是單束光入射測(cè)量。(3)直射型和斜射型

若按入射光線與被測(cè)工件表面法線的關(guān)系來分,可分為直射式和斜射式。對(duì)于直射式,就是光束垂直入射到被測(cè)物表面,采用漫反射光進(jìn)行測(cè)量,當(dāng)物體縱向移動(dòng)時(shí),所測(cè)的始終是同一個(gè)被測(cè)點(diǎn)；斜射式的入射光束則與被測(cè)物表面形成一定的角度。

斜射型：如下圖2.2所示,入射光束與被測(cè)物面成一夾角,利用反射到探測(cè)器件CCD的像點(diǎn)位置變化測(cè)量物體的位置厚度,當(dāng)物體縱向移動(dòng)時(shí),所測(cè)的被測(cè)點(diǎn)會(huì)隨移動(dòng)發(fā)生改變,當(dāng)測(cè)量平滑物體如玻璃、鏡面時(shí)要比直射型的測(cè)量精度高很多。斜射式入射光照射在物體的不同位置,當(dāng)被測(cè)物體移動(dòng)時(shí),光點(diǎn)的位移不能直接得到,要通過角度計(jì)算得出。斜射式分辨率很高,但測(cè)量范圍較小、體積較大、光斑較大，所以在此不符合本系統(tǒng)體積的要求。

圖2.2斜射型示意圖

直射型：如下圖2.3所示,激光器發(fā)出的入射光束垂直于成像透鏡光軸O,光敏面與成像物鏡O平行,被測(cè)點(diǎn)的位移與光電探測(cè)器上光斑的位移為線性關(guān)系,可用于測(cè)量相對(duì)或絕對(duì)位移,但其光敏面要求很大,而且被測(cè)點(diǎn)在成像面的像并不清晰,因此測(cè)量精確度不高。光斑較小,光強(qiáng)集中,體積較小,并且不會(huì)因被測(cè)面不水平而擴(kuò)大光斑是直射型三角法的最大優(yōu)點(diǎn)。但由于直射型接收的是散射光,當(dāng)測(cè)量到較為平滑的被測(cè)面時(shí),散射性能較差,使光電探測(cè)器件CCD接收到的散射光光強(qiáng)小,對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響,令測(cè)量過程受到阻礙,測(cè)量精度受到影響。

圖2.3直射型示意圖

2.3.2激光三角法測(cè)量的基本原理

通過上述對(duì)激光三角法測(cè)量的類型及區(qū)別的論述，及我們?cè)O(shè)計(jì)任務(wù)需求的分析，綜合考慮我們選擇了單束光入射，光路檢測(cè)方式為反射型，光束垂直入射到被測(cè)物表面,采用漫反射光進(jìn)行測(cè)量的直射型激光三角法對(duì)鋼板厚度進(jìn)行測(cè)量。(1).傳統(tǒng)的激光三角法

傳統(tǒng)的激光三角法基本原理如圖2.4所示，采用直射型，光電探測(cè)器采用的是CCD，當(dāng)散射光通過成像透鏡時(shí)，如果將CCD以垂直于激光束入射的位置進(jìn)行安裝耦合，則成像到CCD上的光點(diǎn)會(huì)由于沒有完全聚焦而出現(xiàn)彌散斑，測(cè)量并不完全。

圖2.4 激光三角法的基本原理圖

于是為了光點(diǎn)所成的像在接收器表面上每一點(diǎn)都清晰，則要求透鏡光軸與接收面之間必須形成一定的夾角，所以我們選用CCD接收器為傾斜式的方式，即完全聚焦的激光三角法測(cè)量,如圖2.5所示。

圖2.5完全聚焦的激光三角法示意圖

圖中PO為入射光源,光線經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后垂直入射到物體表面，反射后經(jīng)過成像透鏡中心點(diǎn)M成像在CCD接收面上，入射光PO與反射光以的夾角為θ，反射光OA與CCD成像平面的夾角為，P點(diǎn)成像于CCD平面上的B點(diǎn)，O點(diǎn)成像于CCD平面上的A點(diǎn)，由圖中可知，P點(diǎn)與O點(diǎn)高度不同，所成的像投射到光敏面上的位置也是不同的，設(shè)O點(diǎn)所在平面為基準(zhǔn)面，A為CCD成像平面上的成像基準(zhǔn)點(diǎn)，則光線PO上的點(diǎn)與CCD平面上的投影點(diǎn)是一一對(duì)應(yīng)的。因此，只要知道光線PO上的任何一點(diǎn)在CCD成像面上的位置就可以求出該點(diǎn)的高度信息。由圖2.5，可列出以下關(guān)系式

(2.1)

由公式(2.1)可推出

(2.2)式中：

PO一一物點(diǎn)的高度信息;AB一一P點(diǎn)在CCD成像平面的成像點(diǎn)與成像基準(zhǔn)點(diǎn)A的偏移量 OM一一O點(diǎn)成像PO物距;MA一一O點(diǎn)成像像距;激光束垂直投射到被測(cè)物面，所形成的漫反射光斑作為傳感信號(hào)，用透鏡成像將收集到的漫反射光會(huì)聚到像平面的光接收器上形成像點(diǎn)。當(dāng)被測(cè)物面移動(dòng)時(shí),入射光斑也會(huì)隨之移動(dòng)，像點(diǎn)也會(huì)在光接收面上做相應(yīng)的移動(dòng)，根據(jù)像移大小和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)可以確定被測(cè)物面的位移量，從而還可以獲取其它方面信息。本系統(tǒng)中，為使光接收器上的像點(diǎn)不存在盲點(diǎn),光接收器的光敏面必須與成像光軸成一夾角。這樣既可以保證入射光斑與其像斑位移具有的關(guān)系精確，還可以使成像點(diǎn)最小，有利于提高測(cè)量精度。同時(shí)為了提高測(cè)量精度，和θ必須滿足沙姆

(Seheimpflug)條件，即，如圖2.6所示[5]:

圖2.6物一像位移軌跡圖

圖中d0為基準(zhǔn)點(diǎn)的物距,di為基準(zhǔn)點(diǎn)的象距，O’為O經(jīng)成像透鏡的像點(diǎn),A、B分別為a、b經(jīng)成像透鏡的像點(diǎn),θ為光入射角, 為成像角,l為成像透鏡,焦距為F。

當(dāng)激光光束照射到a點(diǎn)時(shí)，由圖3.7可知:

由相似三角形△ao1l△l得：

令 則由式(2.3)，同理可推得,當(dāng)物面由O至b時(shí)

(2.3)

(2.4)

(2.5)

(2.6)

可化簡(jiǎn)為

(2.7)

(2.8)

(2.10)(2.9)

(2.4)

綜合上面可得, 式中,符號(hào)“+”對(duì)應(yīng)于圖2.6由o移至b,符號(hào)“─ ”對(duì)應(yīng)物面由o移至a。式中,符號(hào)“+”對(duì)應(yīng)于圖2.6由o移至a,符號(hào)“─ ”對(duì)應(yīng)物面由o移至b。

(2.12)

(2.11)由Z-I關(guān)系公式可得Z-I關(guān)系曲線，圖2.7所示。從圖中可以看出I該曲線為非線性曲線，只有當(dāng)物面在O點(diǎn)附近較小范圍移動(dòng)時(shí)，上述曲線可近似按線性關(guān)系處理。

圖2.7 Z-I非線性關(guān)系曲線

§2.4 Scheimpflug Condition(沙姆條件)被測(cè)物表面,鏡頭平面和影像的平面在一個(gè)共同點(diǎn)上相交的光學(xué)狀態(tài)稱沙姆條件,即在直射型激光掃描測(cè)量中,當(dāng)入射光斑沿激光束方向位移時(shí),其成像點(diǎn)在像平面內(nèi)沿直線軌跡移動(dòng),則激光束軸線!成像透鏡主面及CCD像平面三者交于一點(diǎn),滿足高斯條件,這是激光三角測(cè)量傳感器實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量的前提條件。

§2.5測(cè)量模型及方案論證

本課題采用直射式三角法，測(cè)量模型的的基本組成有激光器、聚

焦物鏡、成像物鏡及光敏陣列線陣。CCD其測(cè)量原理為激光器發(fā)出光的軸線與聚焦物鏡的主平面兩者同處一個(gè)平面上，并與CCD垂直。當(dāng)激光器發(fā)出一束平行光，經(jīng)由聚焦物鏡聚焦在待測(cè)物的表面，產(chǎn)生的散射光通過成像透鏡成像在CCD光敏面上。CCD將像信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)測(cè)出其像點(diǎn)的位置。當(dāng)被測(cè)物體沿著法線方向移動(dòng)時(shí)，其表面上光斑會(huì)隨著聚焦物鏡的位置變化而發(fā)生改變，相應(yīng)地，像點(diǎn)在光敏器件CCD上的位置也要發(fā)生變化，精確地測(cè)量像點(diǎn)在CCD上的位移x，就可以得到被測(cè)物體的位移量。由于是絕對(duì)測(cè)量，所以采用激光上下表面雙三角法，準(zhǔn)確的測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的厚度。如下圖5.1所示，圖中a為散射光接收角，θ是成像角，d0為參考點(diǎn)處的物距，di為像距，d為上下兩參考面之間的距離，x是物位移，x’為像位移。

圖2.8 激光三角法測(cè)厚原理圖[2]

(2.13)由上圖可得光學(xué)關(guān)系式： 式中 β一一成像透鏡的放大倍數(shù)

上、下物面相對(duì)的移動(dòng)距離為x1和x2，兩CCD上的像點(diǎn)移動(dòng)至x’11和x’21，像點(diǎn)移動(dòng)距離 ,。根據(jù)幾何關(guān)系，有

則

因此，(2.14)由于上下探頭完全對(duì)稱,同理可得

(2.15)

其中

在后,C1與下探測(cè)頭測(cè)得像點(diǎn)位移量件的位移量x1、x2,物件厚度為

探頭參數(shù)確定C2為定值,當(dāng)上

后,按公式(2.14)、(2.15)式計(jì)算便可得到物

第三章 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

§3.1總體結(jié)構(gòu)布局

3.1.1系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)由以下幾大部分組成：激光發(fā)射器，光三角位移檢測(cè)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，工作臺(tái)。

圖3.1 測(cè)量系統(tǒng)方框圖

1.激光測(cè)頭部分

由激光發(fā)射器組成的光源系統(tǒng)、聚焦光源的準(zhǔn)直系統(tǒng)、接收光信號(hào)的激光成像系統(tǒng)構(gòu)成，由于本設(shè)計(jì)測(cè)量為絕對(duì)厚度，所以我們采用兩個(gè)激光探測(cè)頭。2.光三角位移檢測(cè)系統(tǒng)

本文采用激光三角法原理設(shè)計(jì)的測(cè)厚系統(tǒng),用線陣CCD作為光電接收器件，通過物面的位移由此檢測(cè)出在感光面上成像點(diǎn)的位移,通過計(jì)算得出厚度。3.計(jì)算機(jī)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是將接收到的光信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)的內(nèi)部編程結(jié)構(gòu)計(jì)算出所求厚度,并顯示出測(cè)量結(jié)果、存貯及打印。4.工作臺(tái)

對(duì)所測(cè)物件進(jìn)行固定，并使其可按照一定規(guī)律、方向、有速度的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。這種系統(tǒng)主要是由基座、滑臺(tái)、導(dǎo)向、傳動(dòng)、定位與夾緊結(jié)構(gòu)等組成的。

2.3.2總體結(jié)構(gòu)布局

基于激光三角法原理設(shè)計(jì)的測(cè)厚系統(tǒng),是通過上述的激光探頭系統(tǒng)發(fā)出光源,照射在被測(cè)物體上,通過光三角位移系統(tǒng)作為信息載體,接收并反饋出所需信息,并經(jīng)過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)確定,對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量,則被測(cè)工件的絕對(duì)厚度可以確定了。根據(jù)系統(tǒng)組成,總體結(jié)構(gòu)布局如下圖3.1

圖3.1總體結(jié)構(gòu)布局

§3.2 光源

目前,激光作為一種新型能源[6],具有單色性好,光亮度極高,方向性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),它在測(cè)量,加工等多種領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng)用。在眾多的激光器中,氦氖氣體激光器和半導(dǎo)體激光器應(yīng)用尤為廣泛。其中氦氖氣體激光器具有連續(xù)輸出激光的能力、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但體積較大,而半導(dǎo)體激光器具有體積較小、效率較高、驅(qū)動(dòng)功率小等優(yōu)點(diǎn),尤其適用于測(cè)距。于是為了本設(shè)計(jì)要求，本文選取了半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光,由于空間相干性好,投射點(diǎn)也相應(yīng)的變得很小,輻射能量就越小,分辨率就越高,能量密度也隨之增大。文中選用的是波長為688nm半導(dǎo)體激光器。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),由于選用的激光器發(fā)出的激光光強(qiáng)較大,使投射到光電探測(cè)器CCD上像點(diǎn)的光斑也隨之增大,影響測(cè)量系統(tǒng)的分辨率。解決的方法是在聚焦透鏡后面放置一塊偏振片,通過調(diào)節(jié)偏振片,改變其旋轉(zhuǎn)方向,對(duì)激光器所發(fā)出的線偏振光進(jìn)行過濾,使光束中心光強(qiáng)較強(qiáng)的光束通過過濾,濾除邊緣較弱的光,使光束細(xì)化,則CCD上像點(diǎn)的光斑減小,提高儀器的測(cè)量精度。

§3.3聚焦系統(tǒng)及成像系統(tǒng)

在光路設(shè)計(jì)中,聚焦系統(tǒng)和成像系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于聚焦系統(tǒng)和成像系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

3.3.1聚焦透鏡

激光器光源發(fā)出的光盡管光束較細(xì),發(fā)散角較小,但仍存在一定的直徑,在CCD的光敏面上形成的是一個(gè)小光斑,測(cè)量精度會(huì)由于覆蓋光敏面上的光敏元離散而受到影響。另外,當(dāng)物體表面隨法線方向進(jìn)行移動(dòng),位移發(fā)生變化時(shí),像點(diǎn)在CCD的光敏面上也作出相應(yīng)的位置移動(dòng),如果像點(diǎn)過大,而CCD光敏面量程一定會(huì)影響測(cè)量效果,則應(yīng)盡量縮小投射在CCD光敏面上的像點(diǎn)直徑,減小孔徑,使像差較小。在本系統(tǒng)中,聚焦透鏡的設(shè)計(jì)不是本文研究的主要重點(diǎn),則設(shè)計(jì)中我們采取了結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)直效果較好的單透鏡聚焦系統(tǒng)。

3.3.2成像透鏡

本系統(tǒng)的成像透鏡是根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的分辨率、測(cè)量范圍、工作距離等要求光

電轉(zhuǎn)換器件CCD本身特性進(jìn)行設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)測(cè)量范圍很大時(shí),要求散射光在CCD面上的成像點(diǎn)不能過大。如果測(cè)量范圍很大,當(dāng)被測(cè)物體移動(dòng)到測(cè)量范圍邊緣時(shí),光強(qiáng)會(huì)隨移動(dòng)而逐漸衰減,所以要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)放大倍率刀的大小。

第四章 誤差與精度分析

§4.1誤差分析

基于激光三角法的厚度絕對(duì)測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)由機(jī)械、光學(xué)、電子和計(jì)算機(jī)組成的一個(gè)有機(jī)的整體,因此在測(cè)量實(shí)驗(yàn)中所得到的結(jié)果中所包含的誤差也是由多種誤差因素引起的。在這些誤差中,有些通過具體計(jì)算就可以得到,而有些則需要通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的方法來進(jìn)行估算,并且在某些情況下只能求出誤差的變動(dòng)范圍,這就是誤差極限值。這里主要介紹光學(xué)系統(tǒng)的誤差分析[4]。4.1.1光學(xué)系統(tǒng)誤差分析

在本測(cè)量系統(tǒng)中,光學(xué)系統(tǒng)的誤差主要是指采用的激光器、光學(xué)透鏡產(chǎn)生的,從測(cè)量原理上看,光源方面我們需要采用一種體積小、驅(qū)動(dòng)功率小、使用方便的光源發(fā)生器,同時(shí)還需要光源的空間相干性好,這樣才可以使投射到測(cè)量物體上的光斑小,光斑越小分辨率就越高,但是如果光斑非常小,輻射能量就不會(huì)很大,導(dǎo)致接收靈敏度就要降低。所以,為了在通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后產(chǎn)生較高的能量密度,系統(tǒng)采用了半導(dǎo)體激光器作為光源,這樣才能使探頭小型化。但是半導(dǎo)體激光器本身也會(huì)產(chǎn)生誤差[7]。

(l)激光束輸出功率的不穩(wěn)定及噪聲影響。激光的功率不穩(wěn)定將造成光強(qiáng)分布不穩(wěn)定及激光線寬;噪聲影響有很多因素,直接影響測(cè)量精度。

(2)激光投影質(zhì)量的影響。由于被測(cè)物體的表面特性、測(cè)量環(huán)境等因素的影響,激光投影質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生誤差。在光學(xué)元件方面,被測(cè)物體方向與成像系統(tǒng)光軸存在一定的夾角,雖然在實(shí)際裝調(diào)過程中調(diào)節(jié),但并不能達(dá)到理想角度,所以會(huì)產(chǎn)生各種象差(彗差、像散、畸變等軸外像差)使實(shí)際成像點(diǎn)偏離理想成像點(diǎn)而產(chǎn)生誤差。4.1.2隨機(jī)誤差分析

基于激光三角法厚度絕對(duì)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的隨機(jī)誤差可以主要?dú)w納為以下幾個(gè)方面:(l)測(cè)量裝置方面的因素:測(cè)量裝置采用的CCD探測(cè)器在采集信號(hào)及電信號(hào)處理時(shí)會(huì)造成隨機(jī)噪聲,在重復(fù)測(cè)量過程中,會(huì)產(chǎn)生離散化采樣誤差、每次測(cè)量時(shí)量塊的裝夾位置也不一致。

(2)測(cè)量環(huán)境方面的因素:測(cè)量主機(jī)所在的平臺(tái)會(huì)有外界所帶來的輕微的低頻震動(dòng);儀器所在的實(shí)驗(yàn)室氣流和溫度會(huì)有波動(dòng),以及空氣中塵埃的漂浮等。

(3)操作人員方面的因素:盡管儀器自動(dòng)采集與處理數(shù)據(jù),但測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣件是由操作人員裝夾并調(diào)整操作的,會(huì)使被采集的圖像分辨質(zhì)量差、造成較大的離散化采樣誤差;以及工作人員可以被當(dāng)做熱源引起氣流的擾動(dòng)。

隨機(jī)誤差是一種隨機(jī)變量,它具有隨機(jī)變量固有的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。設(shè)被測(cè)量值的真值為x0,各次測(cè)量值為xi,若xi中不含有系統(tǒng)誤差,則根據(jù)對(duì)隨機(jī)誤差δi的定義有：

δ

i

= xi-x0

對(duì)于一組測(cè)量數(shù)據(jù),往往用標(biāo)準(zhǔn)差來表述這組數(shù)據(jù)的分散性。如果這組數(shù)據(jù)是來自于某測(cè)量總體的一個(gè)樣本,則該組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差是對(duì)

總體標(biāo)準(zhǔn)差的一個(gè)估計(jì),稱其為樣本標(biāo)準(zhǔn)差。

其中該公式中的Vi = Xi?X0定義為殘余物差即殘差。

§4.2精度分析

本系統(tǒng)采用的是精度很高的傳感器,但理論上,儀器的內(nèi)部還會(huì)存在測(cè)量誤差。這里同樣主要介紹光學(xué)系統(tǒng)方面[3]。1.測(cè)量系統(tǒng)方面

(1)光學(xué)系統(tǒng)的像差會(huì)使物體上任一點(diǎn)發(fā)出的光束通過光學(xué)系統(tǒng)后,不能匯聚在同一點(diǎn),而是形成一個(gè)彌散斑并不能表現(xiàn)出原物的形狀。相應(yīng)的改進(jìn)方法是在接受透鏡的設(shè)計(jì)中要考慮像差的因素。(2)光信號(hào)的輸入與電信號(hào)的輸出之間呈非線性,相應(yīng)的改進(jìn)方法是采取較優(yōu)的標(biāo)定方法,之后得到具體的物體位移值。2.被測(cè)物體方面

(l)被測(cè)表面的粗糙會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響,相應(yīng)的改進(jìn)方法是多選取幾塊標(biāo)準(zhǔn)量塊進(jìn)行多次測(cè)量,對(duì)于有時(shí)被測(cè)表面產(chǎn)生的陰影和死區(qū),采取兩個(gè)激光探頭發(fā)出的激光從相對(duì)的兩個(gè)方向同時(shí)對(duì)被測(cè)物進(jìn)行掃面,使用單光源、雙檢測(cè)器,最后通過計(jì)算融合數(shù)據(jù)。

(2)由于被測(cè)物不總是標(biāo)準(zhǔn)量塊,表面會(huì)有孔或者縫,使得傳感器不能很好的接收反射光。相應(yīng)的改進(jìn)方法是采取對(duì)稱性的光學(xué)三角傳感器。

(3)被測(cè)表面會(huì)有材料、光學(xué)性質(zhì)的差異，如透明物體，物體對(duì)光的反射或吸收程度會(huì)不同于半透明的物體,也不同于不透光的物體,反射率與折射率等因素會(huì)引起成像光斑有像差。改進(jìn)的方法是使傳感器的入射透鏡和接收透鏡的光軸所成的平面與待測(cè)表面平行,接受足夠的光強(qiáng),這有利于提高測(cè)量分辨率。如果是高度鏡面反射則需要采用線偏振光作為光源,利用線偏振光的參數(shù)隨鏡面反射改變。3.環(huán)境影響方面

在溫度方面,只能人為的保持周圍環(huán)境溫度穩(wěn)定,在使用儀器時(shí)進(jìn)行預(yù)熱;在氣流運(yùn)動(dòng)方面,使用保護(hù)罩保護(hù)測(cè)量頭或者使用風(fēng)扇更強(qiáng)的攪動(dòng)測(cè)量部分與工件之間的空氣;同時(shí)在灰塵與污物方面,采取小心的清潔。為了減小環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響,要在接收物鏡和線陣CCD之間安置一濾光片(激光器發(fā)出的紅光波長為650nm,其透過率可達(dá)百分之九十多,而其它波段的光幾乎可以全部濾掉)。同時(shí)在激光器和聚光鏡之間安置孔徑光闌,以減小光斑直徑。本系統(tǒng)采用上下探頭同時(shí)測(cè)量,可以消除測(cè)量過程中盲區(qū)的出現(xiàn)。當(dāng)被測(cè)面有一定的傾斜角,也可以通過兩個(gè)探頭對(duì)測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)償,這種測(cè)量方法就可明顯提高傳感器的測(cè)量精度。

第五章 總結(jié)

激光三角法是本系統(tǒng)采用的基礎(chǔ)方法,在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的今天,激光三角法是非接觸測(cè)量中最常用的方法,具有很廣的應(yīng)用范圍。應(yīng)用此種方法可對(duì)各種類型物體進(jìn)行諸如物體表面形貌、厚度、三維等微位移的測(cè)量。由于激光三角法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)試速度快、實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)、使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，所以在這里我們將激光三角法作為本系統(tǒng)所采用的基礎(chǔ)方法對(duì)鋼板進(jìn)行非接觸式在線測(cè)量進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)在測(cè)量過程中可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了表述，并對(duì)一些可能影響測(cè)量精度的問題提出了修改方法和意見。

不足之處，由于時(shí)間緊迫并沒有搭建試驗(yàn)裝置進(jìn)行模擬測(cè)量，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，提出改善方案。并沒有通過Zemax等軟件設(shè)計(jì)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的聚焦透鏡和成像透鏡進(jìn)行模擬光路的設(shè)計(jì)。

體會(huì)：光學(xué)儀器設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)時(shí)需要整體的結(jié)構(gòu)考慮，不能只是一味的進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在儀器的設(shè)計(jì)中通過模擬軟件或裝置模擬搭建來獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析也是光學(xué)系統(tǒng)中非常重要的一部分，通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差分析我們還需要進(jìn)一步的對(duì)所設(shè)計(jì)的儀器裝置，系統(tǒng)部件參數(shù)選擇進(jìn)行優(yōu)化，以更好的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)要求。在設(shè)計(jì)時(shí)我們要因地制宜，對(duì)要設(shè)計(jì)加工的對(duì)象，作業(yè)環(huán)境，操作流程特點(diǎn)進(jìn)行分析，這樣才能使我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)更具有實(shí)用性，高精度和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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第三篇：測(cè)量大氣壓實(shí)驗(yàn)小結(jié)

大氣壓專題講解

精測(cè)大氣壓：托里拆利實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)總結(jié):

實(shí)驗(yàn)方法及注意：(1)一只手握住玻璃管中部，在管內(nèi)灌滿水銀，排除空氣，用另一只手的食指緊緊堵住玻璃管開口端把玻璃管小心地倒插在盛有水銀的槽里待開口端全部浸入水銀槽內(nèi)時(shí)放開手指，將管子豎直固定當(dāng)管內(nèi)外貢液液面的高度差約為76cm時(shí)，它就停止下降，讀出水銀柱的豎直高度;

1、下列現(xiàn)象不是利用大氣壓的是（）A、用吸管吸飲料

2、做托里拆利實(shí)驗(yàn)，測(cè)得玻璃管內(nèi)水銀柱比槽內(nèi)水銀面高出76cm，下面的哪些措施可以使這個(gè)高度差改變（）

A、往槽內(nèi)加入少許水銀 C、把玻璃管往上提一提

B、使玻璃管稍微傾斜一點(diǎn) D、把實(shí)驗(yàn)移到高山上去做 B、醫(yī)生用注射器給病人注射藥液

C、吸盤帖在光滑的墻面上 D、墨水被吸進(jìn)鋼筆 E、人體肺部吸氣

E、將細(xì)管換成很粗的管子 F、本實(shí)驗(yàn)器材從夏天放置到冬天 G、將玻管頂端鑿一個(gè)很小很小的孔 H、試驗(yàn)時(shí)天氣有晴轉(zhuǎn)陰 I、將試管壓一壓（但水銀柱上方任有真空）J、在試管足夠長時(shí)，將汞換成水

題3

題4 題5

3、如圖3所示，在小瓶里裝一些帶顏色的水，再取一根兩端開口的細(xì)玻璃管，在它上面畫上刻度，使玻璃管穿過橡皮塞插入水中，從管子上端吹入少量氣體，就制成了一個(gè)簡(jiǎn)易的氣壓計(jì)。小明把氣壓計(jì)從山腳帶到山頂?shù)乃降孛嫔?，玻璃管?nèi)水柱的高度，水對(duì)容器底的壓強(qiáng)。(填“變小”、“不變”或“變大”)如果在瓶中裝滿水，就可以制成一個(gè)較準(zhǔn)確的測(cè)量儀器(請(qǐng)寫出它的名稱)。

4、如圖4所示,將托里拆利裝置放在天平上,并用鐵架臺(tái)將玻璃管固定,使管口不與槽底接觸,在右盤放砝碼使天平平衡,此裝置移到山上,分析天平的狀態(tài)變化.5、試管中有一段被水銀柱密封的空氣柱，將此試管分別如圖所示旋轉(zhuǎn)，若空氣柱的壓強(qiáng)為P，大氣壓為P0，則滿足P＜P0的是：（）A、甲;B、乙;C、丙;D、乙和丙。

估測(cè)大氣壓：方法一：注射器等器材組合

小明所設(shè)計(jì)的“估測(cè)大氣壓的值”的實(shí)驗(yàn)方案如下：①把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用—個(gè)橡皮帽封住注射器的小孔；②如圖所示，用細(xì)尼龍繩拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與固定在墻上的彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤相連，然后水平向右慢慢地拉動(dòng)注射器筒。當(dāng)注射器中的活塞剛開始移動(dòng)時(shí)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F；③觀察并記錄注射器筒上所標(biāo)明的容積V，用刻度尺測(cè)出注射器的全部刻度長度L。

（1）根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)方案，用測(cè)得和記錄的物理量計(jì)算大氣壓強(qiáng)的表達(dá)式應(yīng)為p=_______。（2）在如右上圖甲乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，小明不能采用

圖的裝置來估測(cè)大氣壓強(qiáng)，其原因是。

（3）按照上述實(shí)驗(yàn)方案測(cè)得的大氣壓強(qiáng)的值，往往會(huì)比大氣壓強(qiáng)的實(shí)際值偏小。你認(rèn)為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是：___________________________________________。若一同學(xué)測(cè)量值比真實(shí)值偏大，可能的原因又是（數(shù)據(jù)讀取沒問題）_____________________________________（4）實(shí)驗(yàn)學(xué)校的同學(xué)們?cè)谶M(jìn)行估測(cè)大氣壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先讀出注射器的最大刻度為V，用刻度尺量出其全部刻度的長度為L；然后按照如圖所示的過程，慢慢的拉注射器（甲圖沒有蓋上橡皮帽、乙圖在排盡空氣后蓋上了橡皮帽），剛好拉動(dòng)活塞時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)分別是F1和F2。則他們測(cè)量出的大氣壓強(qiáng)最接近于（）A．F1L/V B．F2L/V C．（F2-F1）L/V D．（F2+F1）L/V

方法二：橡皮碗等器材組合

學(xué)習(xí)了大氣壓的知識(shí)以后，小明對(duì)大氣壓強(qiáng)通常有1．0×10Pa這么大存有疑問，想親自證實(shí)一下；如是小明買來一個(gè)塑料掛鉤，把它的吸盤貼在玻璃餐桌的下表面，如圖所示，測(cè)出塑料吸盤與玻璃的接觸面積為10cm；又找來一個(gè)輕塑料桶（質(zhì)量可忽略不計(jì)），在桶中裝8L水；若大氣壓強(qiáng)有1．0×10Pa，則塑料桶掛在掛鉤上____________（選填“會(huì)”或“不會(huì)”）把吸盤拉掉．小明把水桶掛到掛鉤上時(shí)，吸盤被拉掉了，你認(rèn)為的原因可能是________________________________________________。（g取10N/kg）2

第四篇：測(cè)量實(shí)驗(yàn)心得

測(cè)量實(shí)驗(yàn)心得

組 號(hào)：第四小組

學(xué) 號(hào)：070940818

姓 名：李 駿

難忘的測(cè)量實(shí)驗(yàn)就結(jié)束了，雖然這幾天很累，面對(duì)寒冷的挑戰(zhàn)。每天中午吃完飯馬上就開始工作，但是我覺得這幾天是我大學(xué)一年多來過的最充實(shí)的日子，每天都能學(xué)到新東西，每天都能與同學(xué)一起交流學(xué)習(xí)，每天都能掌握新技巧。通過這幾天的努力工作，我學(xué)會(huì)了將理論和實(shí)踐相結(jié)合，每一次操作，就是一次實(shí)踐，是我檢驗(yàn)書本理論知識(shí)的依據(jù)。通過這次實(shí)習(xí)，學(xué)到了測(cè)量的實(shí)際能力，更有面對(duì)困難的忍耐力；也學(xué)到了小組之間的團(tuán)結(jié)、默契，更鍛煉了自己很多測(cè)繪的能力。首先，是熟悉了全站儀、全站儀的用途，掌握了儀器的檢驗(yàn)和校正方法。其次，在對(duì)數(shù)據(jù)的檢查和矯正的過程中，明白了各種測(cè)量誤差的來源，其主要有三個(gè)方面：儀器誤差（儀器本身所決定，屬客觀誤差來源）、觀測(cè)誤差（由于人員的技術(shù)水平而造成，屬于主觀誤差來源）、外界影響誤差（風(fēng)或者路過的車輛）。了解了如何避免測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤，最大限度的減少測(cè)量誤差的方法，即要作到：（1）在儀器選擇上要選擇精度較高的合適儀器。（2）提高自身的測(cè)量水平，降低誤差水平。第三，除了熟悉了儀器的使用和明白了誤差的來源和減少措施，還應(yīng)掌握一套科學(xué)的測(cè)量方法，在測(cè)量中要遵循一定的測(cè)量原則，如：“從整體到局部”、“先控制后碎部”、“由高級(jí)到低級(jí)”的工作原則，并做到“步步有檢核”。這樣做不但可以防止誤差的積累，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，更可以提高測(cè)量的效率。通過實(shí)踐，真正學(xué)到了很多實(shí)實(shí)在在的東西，比如對(duì)測(cè)量儀器的操作、整平更加熟練，學(xué)會(huì)了數(shù)字化地形圖的繪制和碎部的測(cè)量等課堂上無法做到的東西，很大程度上提高了動(dòng)手和動(dòng)腦的能力。

雖然實(shí)習(xí)期間天氣非常冷，但我們組的人員的學(xué)習(xí)積極性都還是很高的，每天大家都準(zhǔn)時(shí)來，我們?cè)谶@期間增進(jìn)了友誼。測(cè)量工作不是個(gè)人能夠單獨(dú)完成的任務(wù)，單靠一個(gè)人的力量和構(gòu)思是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有小組的合作和團(tuán)結(jié)才能讓實(shí)習(xí)快速而高效的完成。這次測(cè)量實(shí)習(xí)中，我們組成員工作分配得當(dāng)：找點(diǎn)、架儀器操作并觀察、記錄、檢核、數(shù)據(jù)處理、搬運(yùn)儀器……各項(xiàng)工作都很有序，保證了幾乎每位成員都能有操作和觀察的機(jī)會(huì)。實(shí)習(xí)過程中，我們討論了測(cè)量路線的走向，點(diǎn)的布臵和測(cè)站的安排問題等，熟練操作的成員先操作觀察，同時(shí)向其他成員講解操作的步驟，組員之間也是經(jīng)常交流和學(xué)習(xí)，大家互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。這次測(cè)量實(shí)習(xí)培養(yǎng)了我們小組的分工協(xié)作的能力，增進(jìn)了同學(xué)之間的感情，也讓我們認(rèn)識(shí)到了團(tuán)結(jié)協(xié)作的重要性

其次，這次測(cè)量實(shí)習(xí)中，我進(jìn)一步懂得了做事來不得半點(diǎn)馬虎，認(rèn)真細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)不僅在測(cè)量工作中需要，在今后的任何學(xué)習(xí)和工作中都是不可缺少的。測(cè)量是一個(gè)認(rèn)真仔細(xì)的工作，不僅僅是全站儀等精密儀器的操作和觀察的準(zhǔn)確，同時(shí)數(shù)據(jù)記錄和處理也是一個(gè)需要細(xì)心的工作。測(cè)量中要記錄和處理的數(shù)據(jù)很多，稍有差錯(cuò)，可能會(huì)導(dǎo)致后來的錯(cuò)誤和誤差的過大等問題。這次測(cè)量中，在儀器操作之余，我主要還是負(fù)責(zé)的草圖的繪制和一些處理。該返工堅(jiān)決返工，認(rèn)真負(fù)責(zé)才是測(cè)繪人的精神，切不可馬虎粗心，草草了事。當(dāng)然，單單個(gè)人做到嚴(yán)格要求自己是不夠。早就聽老師講測(cè)繪專業(yè)特別需要團(tuán)隊(duì)合作精神，而當(dāng)初也理所當(dāng)然地認(rèn)為自己絕對(duì)具備這種精神，其實(shí)卻不知其為何意?，F(xiàn)在想想團(tuán)隊(duì)精神并不像當(dāng)初想象的那樣簡(jiǎn)單。我們來自不同的城市，擁有不同的成長環(huán)境，我們之間存在這樣那樣的差異，尤其是性格方面，當(dāng)然難免矛盾。但是我們進(jìn)了同一個(gè)小組，要完成共同的工作，也算是戰(zhàn)友，更算是兄弟（戰(zhàn)友之間有差異，兄弟之間也有差異）。多為自己的隊(duì)友著想，少計(jì)較得與失，一切為了完成任務(wù)。人都是有情緒的，隊(duì)友偶爾的厭煩是難免的，而你要做的就是平心靜氣地繼續(xù)工作，想想他也有認(rèn)真工作的時(shí)候，并不是總是與你為敵的。就這樣實(shí)習(xí)工作沒有間斷進(jìn)行下去了……一切都來源于團(tuán)結(jié)協(xié)作，默契的配合

第四，在這次實(shí)習(xí)過程中，我更加感受了吃苦耐勞、艱苦奮斗的作風(fēng)。實(shí)習(xí)期間天氣寒冷，有時(shí)天還下著雨，這對(duì)于露天作業(yè)的我們是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，但我并沒有因此而有所松懈。每次的測(cè)量我們都準(zhǔn)時(shí)參加了，而且積極的參與其中。盡管辛苦，但測(cè)量的激情沒有減弱，因?yàn)闇y(cè)量本身就是一個(gè)要吃苦的工作，這次的測(cè)量實(shí)習(xí)對(duì)我來說也是一個(gè)難得的實(shí)踐機(jī)會(huì)

最后，在這次測(cè)量實(shí)習(xí)中，我了解了一些測(cè)量實(shí)習(xí)過程中應(yīng)注意的問題：（1）在進(jìn)行測(cè)量之前一定要做到儀器的對(duì)中、整平，這對(duì)后來的觀察有很大的影響。同時(shí)當(dāng)儀器調(diào)節(jié)好后，操作人員和其他成員要注意不要觸碰儀器腳架，因?yàn)樯晕⒁慌?，就要重新進(jìn)行對(duì)中整平，這又要耗費(fèi)很多的時(shí)間。（2）對(duì)后視的時(shí)候要與規(guī)定的誤差范圍進(jìn)行比較，以便一旦誤差超限時(shí)，能夠及時(shí)的進(jìn)行調(diào)整，這也同時(shí)節(jié)約了時(shí)間。觀測(cè)時(shí)棱鏡要立直，盡量避免晃動(dòng)，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取的不準(zhǔn)確。（3）在記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)，要及時(shí)畫好草圖，為后面在CASS上面畫圖打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（4）在儀器使用時(shí)，要盡量的小心仔細(xì)，因?yàn)檫@些精密儀器都是比較貴重的，所以在操作過程中要細(xì)心勿慌張，同時(shí)要保管好儀器工具等…… 為期兩周的測(cè)量實(shí)習(xí)結(jié)束了，這次測(cè)量實(shí)習(xí)我感受到了測(cè)量工作的艱辛，實(shí)踐操作的必要性，集體合作的效率，同時(shí)也收獲了很多有關(guān)測(cè)量操作的知識(shí)。雖然有點(diǎn)累，但我們付出的努力最終還是有了成果。在這場(chǎng)實(shí)習(xí)中讓我深切認(rèn)識(shí)到實(shí)習(xí)的團(tuán)隊(duì)精神的重要性：每個(gè)人的一個(gè)粗心，一個(gè)大意，都可能直接影響工程的進(jìn)度，甚至是帶來一生都無法彌補(bǔ)的損失。一次測(cè)量實(shí)習(xí)要完整的做完,單靠一個(gè)人的力量和構(gòu)思是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,只有小組的合作和團(tuán)結(jié)才能讓實(shí)習(xí)快速而高效的完成.這次測(cè)量實(shí)習(xí)培養(yǎng)了我們小組的分工協(xié)作的能力增進(jìn)了同學(xué)之間的感情。這次測(cè)量實(shí)習(xí)無論是對(duì)于我今后的學(xué)習(xí)還是工作都有著很深刻的意義，我會(huì)記住這難忘的一次實(shí)習(xí)，同時(shí)我也會(huì)繼續(xù)努力和奮斗，為理想去拼搏。

第五篇：用拉伸法測(cè)量金屬絲楊氏模量實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)專題

研究報(bào)告

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

序號(hào)：05 用拉伸法測(cè)量金屬絲楊氏模量實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

普通物理實(shí)驗(yàn)中，在測(cè)量金屬絲長度時(shí)，是在架子上直接利用鋼尺進(jìn)行測(cè)量的，這樣既不便測(cè)量又會(huì)造成較大的測(cè)量誤差;在測(cè)量平面鏡與標(biāo)尺之間的距離時(shí)，是直接利用鋼尺進(jìn)行測(cè)量的，這樣測(cè)量不易保證鋼尺的水平性，從而增加了測(cè)量誤差;在測(cè)量金屬絲伸長量時(shí)，實(shí)驗(yàn)利用光杠桿和望遠(yuǎn)鏡等儀器，操作比較麻煩，在調(diào)整望遠(yuǎn)鏡及標(biāo)尺位置時(shí)，不易與平面鏡對(duì)準(zhǔn)，而且從望遠(yuǎn)鏡中讀數(shù)時(shí)，視線不易與刻度線平齊、容易使眼疲勞和晃動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，這都會(huì)造成較大的讀數(shù)誤差;在加砝碼后，砝碼經(jīng)常會(huì)持續(xù)的晃動(dòng)，使金屬絲受力大小不停的變化，不利于讀數(shù)，也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。為了使實(shí)驗(yàn)更具準(zhǔn)確性及學(xué)習(xí)性，以下我將從這四個(gè)方面對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改良。

針對(duì)直接在儀器上用鋼尺對(duì)待側(cè)金屬絲進(jìn)行測(cè)量造成的誤差，我將利用靈敏度較大的歐姆表來代替鋼尺進(jìn)行測(cè)量。做實(shí)驗(yàn)時(shí)，先利用歐姆表測(cè)量0.5米待測(cè)金屬絲的電阻，算出單位長度金屬絲的電阻R1，然后再測(cè)量我們做實(shí)驗(yàn)時(shí)，鋼絲上夾頭與下夾頭之間金屬絲的電阻R2,再利用L=R2/R1求出金屬絲的長度。我認(rèn)為這樣改良，雖然增加了實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，而且增加了歐姆表這個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器，從而增加了實(shí)驗(yàn)的開支，但這樣可以使學(xué)生多學(xué)一些知識(shí)，例如：學(xué)生對(duì)歐姆表的使用以及金屬絲電阻與長度的關(guān)系等知識(shí)的學(xué)習(xí)。而且這樣改良也可以減少金屬絲的測(cè)量誤差，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

對(duì)于測(cè)量兩個(gè)物體之間水平距離時(shí)，如何保證鋼尺良好的水平性，我將利用連通器原理進(jìn)行改良。在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，取一個(gè)塑料細(xì)管，把管內(nèi)注入一些水，然后把細(xì)管的一端放在其中一個(gè)物體的邊緣，把另一端放在另一物體的邊緣，測(cè)量時(shí)鋼尺的兩端與塑料管兩端管內(nèi)的水面平齊，這樣就可以保證鋼尺在測(cè)量時(shí)的水平性，從而更加準(zhǔn)確的測(cè)量出兩物體之間的水平距離，減少實(shí)驗(yàn)誤差。而且該實(shí)驗(yàn)中利用了連通器的原理，也能使學(xué)生更加深入的掌握連通器原理，并活學(xué)活用，利用連通器原理對(duì)生活的一些方法進(jìn)行改良，例如：在工地上對(duì)同一高度做標(biāo)記時(shí)，就可以利用連通器原理來找出同一高度的位置。有利于學(xué)生知識(shí)與動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

針對(duì)利用光杠桿和望遠(yuǎn)鏡等儀器出現(xiàn)的問題，我將通過改變儀器來消除。我利用的也是光杠桿原理，我把放置平面鏡的地方換成了我初中時(shí)玩的一種激光燈 研究報(bào)告

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

序號(hào)：05(該燈可以發(fā)出很細(xì)且?guī)墓饩€，而且光線強(qiáng)度較強(qiáng))。在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，把激光燈前端放在支架上，后端放在與金屬絲 相連的圓座上，使得在拉金屬絲時(shí)，激光燈發(fā)出光線與水平夾角隨著金屬絲的長度的變化而變化。在裝有標(biāo)尺與望遠(yuǎn)鏡的鐵架上只保留一個(gè)標(biāo)尺，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)整鐵架的位置，使得激光燈發(fā)出的光線照在標(biāo)尺上，在這一步中，因?yàn)榧す鉄舭l(fā)出的光線是有色且亮的，故很容易調(diào)整標(biāo)尺的位置。因?yàn)椴恍枰ㄟ^望遠(yuǎn)鏡來讀數(shù)了，就不會(huì)有因?yàn)橥h(yuǎn)鏡晃動(dòng)而產(chǎn)生誤差了，而且直接在標(biāo)尺上讀數(shù)，容易使視線與刻度線平齊，降低眼疲勞等問題，使得讀數(shù)更加準(zhǔn)確。這樣改良實(shí)驗(yàn)，既能減少實(shí)驗(yàn)的難度，又能使實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，而且由于我 利用的那種激光燈相對(duì)于望遠(yuǎn)鏡等儀器很便宜，故還可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)的開支。

針對(duì)砝碼晃動(dòng)引起金屬絲受力不斷變化，從而導(dǎo)致讀數(shù)誤差增大這一問題，我將在砝碼周圍增加一些器件來使其停止晃動(dòng)。我的具體方法是，在裝有待測(cè)金屬絲的楊氏模量儀底座上安裝兩根相互垂直的滑桿，且兩桿的中心相互重疊，在兩個(gè)滑桿上分別套上兩個(gè)帶套的鐵片，這兩個(gè)鐵片分別在桿中心的兩邊，而且這些鐵片的套上分別都有一個(gè)螺帽，擰動(dòng)螺帽可以控制鐵片在滑桿上的滑動(dòng)及靜止。做實(shí)驗(yàn)時(shí)，在把砝碼放到砝碼盤后，滑動(dòng)滑桿上的四個(gè)鐵片，使鐵片貼在砝碼上，但不給砝碼豎直方向上的力，并擰動(dòng)螺帽固定鐵片，從而使砝碼停止 晃動(dòng)，然后再進(jìn)行讀數(shù)，這樣就會(huì)消除由于砝碼晃動(dòng)造成讀數(shù)的困難以及造成的讀數(shù)誤差。這樣改良實(shí)驗(yàn)，雖然增加了實(shí)驗(yàn)器件，從而增加了實(shí)驗(yàn)開支，以及增加了實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性，但有利于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，以及增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。綜合起來，這樣改良還算可以。