天津大学工程光学实验——激光衍射法测量细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径1. 引言1.1 激光衍射法的基本原理激光衍射法是一种利用激光光束经过细丝时发生衍射现象来测量细丝直径的方法。
其基本原理是将激光光束照射到纺织品细丝上，细丝会散射出具有特定频率和方向的光线。
这些衍射光线经过适当的光学系统，形成明暗交替的衍射斑图。
通过测量这些衍射斑的特性，如斑点之间的距离和角度，可以计算出细丝的直径。
激光衍射法利用了激光光束的高强度和单色性，使其在经过细丝后产生清晰的衍射斑图，从而能够准确测量细丝直径。
与传统的光学显微镜方法相比，激光衍射法具有更高的测量精度和测量范围，能够适用于不同类型和直径范围的纺织品细丝。
激光衍射法通过利用激光的特性和衍射现象，实现了对纺织品细丝直径的精确测量，为纺织品生产和质量控制提供了重要的技术支持。
1.2 纺织品细丝直径的重要性纺织品细丝直径是纺织品品质的重要指标之一。
纺织品细丝直径的大小直接影响着纺织品的质地、手感、透气性和耐磨性等性能。
纺织品细丝直径的精确测量对于调整纺纱工艺、改进纺织品产品质量具有重要意义。
纺织品细丝直径决定了纺织品的织物密度及表面光泽度。
纤维直径较细的纺织品更加柔软细腻，而直径较粗的纺织品则具有较强的耐磨性和结实度。
通过准确测量纤维直径，可以有针对性地调整纺纱工艺参数，生产出更符合市场需求的纺织品产品。
纺织品细丝直径对纺织品的透气性和吸湿性也有影响。
细丝直径较细的纺织品透气性好，吸湿快，适合夏季穿着；而较粗的纺织品则保暖效果更好，适合冬季穿着。
通过准确测量纤维直径，可以根据不同季节和用途要求生产出功能性更强的纺织品产品。
纺织品细丝直径的重要性不言而喻。
精确测量纤维直径将有助于提高纺织品的品质，满足消费者多样化的需求，推动纺织品行业的发展。
研究和应用激光衍射法测量纺织品细丝直径具有重要意义，值得进一步探索和推广。
2. 正文2.1 激光衍射法在纺织品细丝直径测量中的应用激光衍射法在纺织品细丝直径测量中的应用是一种非常有效的技术方法。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
激光衍射法是一种常用的测量纺织品细丝直径的方法。
它利用激光光束通过细丝时发生的衍射现象，来间接测量细丝的直径。
具体实验步骤如下：
将待测细丝样品固定在一支支架上，使其与激光光束垂直交叉。
然后，打开激光器，发出一束单色、单频、平行度高的激光光束，照射在细丝上。
在细丝的另一侧，设置一个屏幕或光电二极管接收器，用来接收经过细丝的衍射光。
根据衍射光的强度分布，可以得到一组明暗相间的干涉环，也称为衍射图样。
接下来，利用显微镜或视频系统观察衍射图样，使用适当的图像分析软件，测量衍射图样中暗纹的间距或强度，进而计算出细丝的直径。
测量完成后，可以多次测量取平均值，提高测量的准确性。
激光衍射法测量纺织品细丝直径的优点是非接触性测量，对细丝的损伤很小；测量结果准确可靠。
也存在一些限制，例如细丝的直径必须小于激光波长，而且细丝必须足够均匀。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径近年来，随着纺织品行业的快速发展，对纺织品细丝直径的要求也越来越高。
传统的测量方法存在着测量精度低、工作效率低等问题，而激光衍射法则成为了一种新的测量手段。
激光衍射法通过测量纺织品细丝直径，可以达到高精度、高效率的测试效果，因此受到了广泛的关注和应用。
我们来了解一下激光衍射法是什么？激光衍射法是一种利用激光的衍射现象来测量物体尺寸的方法。
通过控制激光照射到被测物体上，当激光穿过不同直径的细丝时，会产生一定的衍射现象。
通过测量这种衍射现象的参数，可以得到被测物体的直径尺寸。
在纺织品行业中，细丝的直径是一个十分重要的参数，直接关系到纺织品的质量与性能。
而传统的测量方法比如显微镜观测法、卡尺测量法存在着不够精确、测量速度慢等问题，无法满足现代纺织品行业对细丝直径测量的需求。
而激光衍射法则可以有效地解决这些问题，具有高精度、高效率、非接触测量等优势，被广泛应用于纺织品细丝直径的测量中。
那么，激光衍射法是如何在纺织品细丝直径测量中应用的呢？激光衍射法需要一套完整的测量系统，主要包括激光发射器、衍射元件、光电检测器等组成。
在测量时，激光发射器将激光照射到被测物体上，被测物体会产生一定的衍射现象。
衍射元件将这种衍射现象转化成光强信号，光电检测器将光强信号转化成电信号，并传输给数据采集系统进行处理。
经过处理后，我们就可以得到被测物体的直径尺寸。
在实际的纺织品细丝直径测量中，激光衍射法具有以下优势。
高精度。
激光衍射法可以实现微米级别的测量精度，远高于传统的测量方法。
高效率。
激光衍射法无需人工接触被测物体，可以实现自动化测量，提高了测量效率。
非接触测量。
激光衍射法不需要与被测物体直接接触，减少了对被测物体的影响，保证了测量结果的准确性。
除了上述优势外，激光衍射法还可以实现对多个细丝直径的同时测量，大大提高了工作效率。
激光衍射法还可以实现对不同形状的细丝直径进行测量，具有一定的通用性。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径激光衍射法是一种应用广泛的快速、精准的测量方法，它利用激光光源对待测物体进行照射，通过测量衍射光的形态和位置来推断待测物体的性质。
在纺织品工业中，细丝的直径是一个十分重要的参数，它直接影响织物的质量和性能。
利用激光衍射法测量纺织品细丝直径已成为一个热门的研究领域。
本文将介绍激光衍射法在测量纺织品细丝直径方面的应用，并探讨其优势和局限性。
激光衍射法利用激光光源对待测物体进行照射，使得物体表面产生衍射现象。
当激光光源照射到细丝表面时，会产生衍射光，衍射光的形态和位置与细丝直径密切相关。
通过测量衍射光的形态和位置，可以推断出细丝的直径大小。
激光衍射法测量细丝直径的原理比较简单，但需要精密的光学仪器和数据处理系统来实现精准的测量。
1. 非接触性测量：激光衍射法测量细丝直径是一种非接触性测量方法，不会对待测物体造成损伤，适用于对纺织品细丝进行精密测量。
2. 高精度：激光衍射法测量细丝直径具有高精度和高分辨率，可以实现对细丝直径的精确测量，适用于对纺织品细丝直径进行精密控制和质量检测。
3. 快速性：激光衍射法测量细丝直径的测量速度快，可以实现对大量细丝的快速测量和数据处理。
5. 适用性广泛：激光衍射法测量细丝直径适用于不同材质和直径范围的纺织品细丝，具有较强的通用性和适用性。
1. 环境要求高：激光衍射法测量细丝直径对测量环境要求较高，需要在相对稳定的环境条件下进行测量，避免外界光源和震动对测量结果的影响。
2. 光学系统复杂：激光衍射法测量细丝直径需要精密的光学系统和精密的数据处理系统，设备和技术要求较高。
激光衍射法是一种快速、精准、非接触性的测量方法，适用于纺织品细丝直径的测量。
它具有高精度、快速性、自动化和适用性广泛的优势，但对测量环境和设备要求较高，测量精度要求高。
在今后的纺织品工业中，激光衍射法将会得到更广泛的应用，为纺织品细丝直径的精密测量提供更多选择和可能。
3.6光学衍射法测定细丝直径
方向与狭缝平行的，按一定规律分布的衍射条纹。由惠更斯-菲涅尔原理可知，单缝衍射的 光强颁布规律为：
I
I0
sin2 u u2
u
a
sin
其中： a 为单缝宽度 为衍射角 为单色光波长 当 0 时 u 0 ， I I0 这就是中央明条纹中心的光强，称为中央主极大。
当 a sin k ， k 1, 2, 3,
演示时，把有孔或缝的卡片固定在支架上作为挡板，在相距 1 m 左右的位置，把激光笔 光源照射到缝或孔上，在光屏（可以把白色墙壁作为光屏）上可看到相应的衍射现象，实验 装置如图 4 所示。
在图 4 所示装置中，把挡板换成如图 3 所示卡片，依次演示激光通过正三角形孔 e、正 方形孔 f、正多边形孔 g 发生的衍射现象，其衍射图样分别为如图 7、8、9 所示。
由实验可知，衍射图样和孔的形状是一一对应的，因此，由衍射图样可以推知小孔的形 状。 二、光的衍射在现代技术中的应用
（一）在现代应用光学分析技术中，科学家根据衍射图样与障碍物的结构间一一对应的关系， 利用 X 射线穿过晶体后发生晶格衍射时，不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析得到的 衍射图样，从而推理得出组成晶体的原子是如何排列的。 （二）DNA 的双螺旋结构的发现过程：弗兰克林这位具有非凡才能的物理化学家，成功地拍 摄了不同温度下 DNA 晶体的 X 射线衍射照片，如图 10 所示，把这些各种局部的结构形状汇 总。
DNA 的衍射图片越来越清晰，越来越全面。此时，沃森和克里克也在剑桥大学进行 DNA 结构的形究，他们看了那张照片后，很快就领悟到了 DNA 的结构──两条以磷酸为骨架的链 相互缠绕形成了双螺旋结构，氢键把它们联结在一起。因此他们获得了诺贝尔奖。
衍射法测量细丝直径
5 结论
用衍射法测量细丝直径是一种可达到较高精度的 非接触测量技术, 特别适合微小的细丝直径测量.但 在实际应用中由于细丝衍射图样信号存在信噪比低及 由于测量光学系统散射光形成的背景光及由此引起的 不规则干涉条纹干扰引起条纹轮廓畸变等因素使该法 应用受到一定的限制. 利用两次衍射装置抑制背景光, 运用软件编程数 字滤波技术代替硬件电路对原始波形进行滤波处理, 即可用简单的暗点识别及平均技术, 较好的解决以上
偏振片组2 可用来调节入射光束的强弱, 以保证
充分利用 c r光强测量的的动态范围, c. ) 以得到较多级 次的衍射信号. 由于激光具有相干性好的特性, 所以, 残留杂散光 之间或杂散光与衍射光之间常会发生一些杂乱的干涉 条纹, 迭加在衍射条纹上, 使测量信号受到严重干扰, 因此, 在测试装置和数据处理中, 必须设法消除这些干 扰, 才能取出有用的不失真衍射条纹信号, 否则, 得不 到正确的测量结果.采用 两个狭缝 5 和6 组成二次衍 射系统. 大大减少 了杂散光的干扰.若用扩束平行光 直接照射细丝, 图样的中心为较强的圆光斑, 干扰很 大, 即使使用遮光条8 将其挡去, 其在光学元件和遮光 条上的漫射光形成的杂散光相互之间, 杂散光与衍射 光之间仍能形成较强的干涉, 将严重干扰衍射条纹, 使 图样严重扭曲, 已无法使用, 而二次衍射系统, 在很大 程度上抑制了杂散光, 提高了条纹信号的信噪比, 可得 到较干净的条纹图样, 基本保证测量信息不受畸变. 为减小随机误差和杂散干涉条纹对衍射条纹间距测量 的影响, 取多个条纹间距平均计算, 故应使 C D多接 C 收一些条纹, 但接受的条纹数太多, 条纹间距变小, 也 会影响测量 精度, 合考虑, 们对 有效 长度为 综 我 2 .7 m 862 m的 49 个像元 C D线阵, 06 C 建议接收 士 - 6
用激光衍射法测量细丝直径
用激光衍射法测量细丝直径覃立平，赵子珍，莫玉香【摘要】摘要：文中对激光衍射测径法测量细丝直径提出了具体的实现方案，并与普通物理实验中的其他测量细丝直径方法—螺旋测微器法进行结果比对：用激光衍射法测量细丝的直径精度更高，前者为0.000 1mm，后者为0.001mm；在单缝衍射实验中，用衍射法测量细丝直径比测量狭缝的宽度对彰显“衍射法测量微小量”更直观。
【期刊名称】实验科学与技术【年(卷),期】2014(012)001【总页数】3【关键词】关键词：激光；衍射；细丝；直径·实验技术·光的衍射现象是光波动性的一个重要标志。
单缝衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，当障碍物(小孔、狭缝、毛发、细针等)的线度与光的波长相差不多时，所发生的偏离直线传播的现象。
即光可绕过障碍物，传播到障碍物的几何阴影区域中，并在障碍物后的观察屏上呈现出光强的不均匀分布，通常称为衍射图样[1_2]。
光的衍射在近代科学技术中已获得了极其重要的应用。
但是，大学物理实验中的“单缝衍射实验”多数只针对单缝衍射的光强分布及单缝宽度的测量，较少涉及更具体、直观的应用。
本文就激光衍射测径法测量细丝直径提出了具体的实现方案。
1 实验原理及实验装置1.1 实验原理单缝衍射可分为两类：菲涅耳衍射、夫琅和费衍射。
在夫琅和费衍射中，入射到狭缝的光是平行光，传播到观察屏的也是平行光，即入射光和衍射光都是平行光;所以夫琅和费衍射是平行光的衍射，在实验中可以借助两个透镜来实现。
如图1所示，将波长为λ的单色光源S置于透镜L1的焦平面上，由光源发出经L1出射的平行光垂直照射在宽度为a的狭缝上。
当a很小时，根据惠更斯_菲涅耳原理，狭缝上每一点都可看成是发射子波的新波源。
由于子波叠加的结果，可以在透镜的焦面处的接收屏上看到一组平行于狭缝的明暗相间的衍射条纹。
中央是亮而宽的明条纹，在它两侧是较弱的明暗相间的条纹，中央明条纹宽度是两侧明条纹宽度的两倍[3_4]。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
激光衍射法是一种广泛应用于纺织品细丝直径测量的非接触式测量方法。
这种方法通
过激光光束的衍射现象来测量纺织品细丝的直径，具有测量范围广、测量速度快、精度高
等优点，因此在纺织品行业得到了广泛应用。
激光衍射法测量纺织品细丝直径的原理是利用激光束照射到细丝上时，会产生光的衍
射现象，根据衍射光斑的形状和尺寸可以推算出细丝的直径。
具体的测量步骤如下：
第一步，将纺织品细丝样品固定在测量台上，使其与激光束垂直。
第二步，打开激光器，将激光束照射到细丝上。
第三步，观察并记录衍射光斑的形状和尺寸。
由于衍射光斑的形状与细丝的直径有关，因此可以通过测量光斑的形状和尺寸来推算细丝的直径。
第四步，根据光斑的形状和尺寸数据，计算出细丝的直径。
通常使用光学公式和相关
的数学算法来进行计算。
激光衍射法测量纺织品细丝直径的优点是测量范围广，可以测量直径在微米到毫米级
别的细丝；测量速度快，只需几秒钟到几分钟即可完成一次测量；测量精度高，可以达到
亚微米级别的精度。
激光衍射法测量纺织品细丝直径也存在一些限制。
测量结果可能会受到环境因素的干扰，如灰尘、气流等，需要在干净的环境下进行测量。
样品的表面质量会对测量结果产生
影响，需要保证细丝表面的光洁度和均匀性。
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课程名称：工程光学 实验四
一、 实验目的
姓名：
学号：
学院：精仪学院
实验内容
专业：测控技术与仪器
年级：
成绩：
激光衍射法测量细丝直径
1. 根据夫朗和费衍射公式，写出 d 的计算式 2. 设计实验方案，分别测量细铜丝和光纤直径。 实验要求 1. .根据实验方案，选择所需实验仪器、光学元件 2. 搭设实验光路，使激光束与平台平行、且与接收器中心等高，保持与接收器 移动方向垂直，光能量应全部进入接收器内。 注意事项 调整光路时不能用眼睛正对激光束，以免伤害眼睛。要用白纸接收光。 四、 思考题
专业：测控技术与仪器
年级：
成绩：
f
2x
632.8 109 60 102 0.095mm 2 2 103
故细丝的直径约为 0.095mm.
x f
图1 当一束激光照射到被测细丝上，发生衍射效应，在透镜焦距 f 处接收 其衍射光强分布图，由衍射光强分布图测出第 n 级暗纹中心到中央零级 条纹中心的距离 X，即可计算出细丝直径。 值得注意的是： 此法虽然测量精度较高， 但一般只适用于测量 0.5mm 以下的细丝直径，同时要求 L>>d。 三、 实验内容与要求
1 m f 2 ∴d x
实验中仅能观察到±1 级暗纹，故 m 0
∴d
f
2x
1 2
m
0 17.9 0
1 2
xr / mm
15.9 2
19.9 2
x / mm
天津大学本科生实验报告
课程名称：工程光学
透镜焦距按 60cm 计算 ∴d
姓名：
学号：
学院：精仪学院
1. 了解衍射效应在计量技术中的应用 2. 掌握激光衍射法测量细丝直径的基本原理和测量方法 二、 实验原理 激光衍射法测量细丝直径是基于巴俾捏原理：两个互补的障碍物，其夫 朗和费衍射图形、光强分布相同，位相相差π/2，因此，当细丝直径与狭缝 宽度相等时，他们是两互补障该物，可以用测量狭缝的方法测量细丝直径。 测量原理如图 1 所示
本实验方法对被测直径是 O.6mm 的细丝适用吗？ 答：不适用，此法虽精度高，但一般只适用于 0.5mm 以下的细丝直径测量，若直 径过宽会导致衍射暗纹距中央亮条纹过近以致难以辨别，或根本找不到暗纹，暗 纹级次难以分辨出，故 0.3mm 细丝不适用。 五、 数据处理 （暗条纹） ； sin
1 ∵ d sin m 2