激光衍射测量原理
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。
激光原理与技术--第六章 激光在精密测量中的应用
半波长的奇数倍时----- 出现明纹。
21
我们把k =士1的两个暗点之 间的角距离作为中央明纹的 角宽度．中央明纹的半角宽度
Δθ0≈λ∕a
◆暗纹中心位置公式:
◆明纹中心位置公式:
明纹 暗纹
◆光强分布公式:
单缝衍射测量仪器示意图
4
6.1.2 激光干涉测长系统的组成
除了迈克尔孙干涉仪以外，激光干涉测长系统还包括激光光源、可移 动平台、光电显微镜、光电计数器、显示记录装置
7.干涉条纹计数时，通过移相获得两路相差π/2的干涉条纹的光强信号， 该信号经放大，整形，倒向及微分等处理,可以获得四个相位依次相差π/2 的脉冲信号（图6-5）。
图6-2 反射器
3
6.1.2 激光干涉测长系统的组成
5.激光干涉仪的典型光路布局有使用角锥棱镜反射器的光路布局，如图6-3示。
图6-3 典型光路布局
6. 移相器也是干涉仪测量系统的重要组成部分。常用的移相方法有机械移相（图6-4）， 翼形板移相，金属膜移相和偏振法移相。
图6-4 机械法移相原理图
13
基本原理
The Michelson interferometer is shown in Figure 1. The basic optical path of laser interferometer length measurement is a Michelson interferometer, and this makes use of interference fringes ,which are the traces of points owing the same path difference, to reflect the information of measured object. It uses the partially reflecting element P to divide the light from laser source into two mutually coherent beams which are reflected by M1 and M2 .The output intensity of an interferometer is a periodic function of the length difference between the measuring path and the reference path of the interferometer. Typical length measurements with a laser interferometer are performed by moving one reflector of the interferometer along a guideway and counting the periodic interferometer signal, e.g. the interference fringes. These results are unambiguous as long as the length difference between two consecutive measurements is within λ/2. Interpolation of the fringes can lead to a resolution of the length measurement below 1nm. The bright fringes occur when the path difference is kλ and the dark fringes when it is (k+1/2)λ,where k is any integer.
激光测径仪两种测量原理介绍
激光测径仪两种测量原理介绍你是不是已经被市场上琳琅满目的测量设备弄晕了？选择越多，反而不知道应该如何选择。
现在市场上所有的测量设备都是由两种测量原理衍生出来的。
了解清楚这两种测量原理，选择合适的测量原理，结合测量参数，我们就能选择到适合自己的产品。
一种是“激光扫描直径测量系统”，一种是“基于衍射分析原理的测量系统”。
- 01 -激光扫描直径测量系统它的基本原理是：激光束投射到旋转的八面镜上，再经f(θ)镜头后成为线性扫描光束。
在光束后端放置了一个光电探测器（接收光原件），当激光束扫描被测物时，接收光原件会输出一个与工件直径相对应的光电信号，经系统处理信号可获得被测物直径。
用激光束穿过整个测量区域的时间计算产品直径，测量速率取决于扫描转镜的旋转速度。
- 02 -基于衍射分析原理的测量方法她通过非接触的测量方式对电缆进行两轴或三轴方向上的脉冲激光照射（仪器内没有光学透镜等部件），在0.2微秒的时间内图像传感器上即可得到电缆的影像。
由于电缆可视为光线通道上的一个障碍物，因此，在其边缘会产生衍射效应。
在测量头内部配备了功能强大的信号处理器，通过衍射波纹的信息精确计算出被测物直径。
- 03 -这两种方法有什么主要区别？激光扫描法内部含机械部件此原理器件内部含有机械部件，要得到高精度和速度，内部电机需长时间高速运转。
此外，要保证测量的高精度以及可靠性，激光扫描法必须满足以下三点基本要求：(1)激光束应垂直照射被测物体表面(2)光束必须对物体表面做匀速直线扫描运动(3)扫描时间必须测的很准确近些年，随着此技术的不断成熟，此测量原理的精度和稳定性亦在不断提升当中。
激光衍射法内部无任何机械部件基于衍射原理的方法是完全数字化的，不需要移动部件也不需要透镜。
因此，衍射分析技术的采用，以及在测量头内取消了光学透镜及旋转部件的设计，确保了电缆在所有的生产线速度下能够具有高度精确的单一测量值。
即使电缆在剧烈抖动的情况下，也能够精确测量其外径值。
激光衍射测试技术介绍
演讲人
目录
01. 激光衍射测试技术原理 02. 激光衍射测试技术方法 03. 激光衍射测试技术应用案例 04. 激光衍射测试技术的发展趋
势
激光衍射测试技术原 理
激光衍射现象
激光衍射是光波在传播过程中遇到 障碍物或小孔时，发生散射的现象。
激光衍射现象是由于光波在传播过程 中遇到障碍物或小孔时，发生干涉和 衍射，形成明暗相间的条纹。
应用领域
激光测距：测量距离、速度、加
01
速度等参数 激光雷达：用于自动驾驶、无人
02
机、机器人等领域 激光通信：实现高速、远距离的
03
数据传输 激光医疗：用于眼科、皮肤科、
04
牙科等领域的诊断和治疗
激光衍射测试技术方 法
测试方法分类
01
单光束法：利用 单束激光进行衍 射测试，适用于 简单样品的测试
激光衍射 测试技术 在航空航 天领域的 应用
01
02
03
04
市场前景
激光衍射测试技术在工业生产中的应用越来越广 泛，市场需求持续增长。
随着科技的发展，激光衍射测试技术在科研领域 的应用也越来越多，市场潜力巨大。
激光衍射测试技术在医疗、环保等领域的应用也 在逐步拓展，市场空间广阔。
随着激光衍射测试技术的不断进步，未来市场将 更加多元化，竞争更加激烈。
性质。
激光衍射测试技术 可以分析材料的晶 体结构、晶粒大小、 晶界分布等参数， 为材料的设计和优
化提供依据。
激光衍射测试技术 还可以用于材料的 无损检测，如检测 材料的缺陷、裂纹 等，为材料的质量
控制提供支持。
激光衍射测试技术 在材料分析领域具 有广泛的应用前景， 如金属材料、陶瓷 材料、高分子材料
激光衍射法
激光衍射法激光衍射法是一种用激光光束照射样品后，通过观察光束的散射图案来分析样品结构和性质的方法。
它是一种非常重要的实验技术，在材料科学、化学、生物学等领域都有广泛的应用。
一、激光衍射法的原理激光衍射法是利用激光光束照射样品后，观察光束的散射图案来分析样品结构和性质。
光束在照射样品后，会发生散射现象，这种散射现象可以被观察到，并用来分析样品的结构和性质。
激光衍射法的原理是基于光的散射现象。
当光线通过一个物体时，会发生散射现象。
散射光线的方向和强度与物体的形状、大小、密度和折射率等因素有关。
因此，观察散射光线的方向和强度可以了解物体的结构和性质。
二、激光衍射法的应用1. 材料科学领域激光衍射法在材料科学领域的应用非常广泛。
它可以用来分析材料的晶体结构、纤维结构、表面形貌等。
例如，利用激光衍射法可以研究纳米颗粒的大小和分布、聚合物的分子量和分子量分布、金属表面的形貌和粗糙度等。
2. 化学领域激光衍射法在化学领域的应用也非常广泛。
它可以用来分析分子的大小、形状、结构和分布等。
例如，利用激光衍射法可以研究蛋白质的分子量和分子量分布、聚合物的分子量和分子量分布、胶体粒子的大小和分布等。
3. 生物学领域激光衍射法在生物学领域的应用也非常广泛。
它可以用来分析生物分子的大小、形状、结构和分布等。
例如，利用激光衍射法可以研究细胞的大小、形状和表面结构、蛋白质的分子量和分子量分布、DNA 的大小和分子量等。
三、激光衍射法的优点1. 非接触性激光衍射法是一种非接触性的分析方法。
它不需要接触样品，可以避免样品受损或污染，同时也可以避免影响样品的测量结果。
2. 高精度激光衍射法可以实现非常高的精度。
它可以测量非常小的样品，同时也可以测量非常大的样品。
它可以测量样品的大小、形状、结构和分布等，可以提供非常详细的样品信息。
3. 非破坏性激光衍射法是一种非破坏性的分析方法。
它可以在不破坏样品的情况下进行分析，可以保持样品的完整性和稳定性。
激光衍射法测粒径的原理
激光衍射法测粒径的原理
激光衍射法测粒径的基本原理是:
1. 当细小粒子遇到激光光束时,会发生弯曲衍射现象。
2. 衍射角度与粒子大小相关,角度越大,表示粒径越小。
3. 检测器探测各角度上衍射光强度的分布。
4. 根据衍射理论,可以推导出每个角度的光强对应着特定大小粒子的存在。
5. 通过数学运算和转化,可以得到overall的粒径分布和统计参数。
6. 优势是快速、广谱范围、统计充分,可测试微米至纳米级粒径。
7. 需要校准样品建立角度与大小的对应关系。
8. 结果受粒子形状、折射率等因素影响。
9. 适用于粉体、乳液、悬浮液等样品。
10. 广泛应用于工业颗粒制品的粒径分析与过程控制。
综上,该技术根据光的衍射原理,实现对细小颗粒粒径的快速精确测量。
光电测量 第六讲 干涉与衍射测量
一、干涉测量
1.
干涉与衍射测量
光干涉基本原理
（1）基于电磁场的线性叠加原理 （2）各点电场矢量的矢量和： E = E1 + E 2 + ... 各点电场矢量的矢量和： （3）由于麦克斯韦方程为线性微分方程，所以其解的线性组合仍然是其解 由于麦克斯韦方程为线性微分方程， （4）强激光高强度电磁场情况下，有明显的线性偏差 强激光高强度电磁场情况下， E：电场强度矢量 ：
2 2 2
N λ0 ∆λ0 λ0 N λ0 ∆n 2 2 2 2 ∆L = + ∆N + + [(20 − t ) L0 ∆a] − (aL0 ∆t ) + (∆δ ) + (∆x) 8n n 8n λ0 8n
第六讲
干涉与衍射测量
P点： E ( P, t ) = A cos ϖ (t − k0 ⋅ r ) + φ = A cos(ϖ t − k ⋅ r + φ )
c
P点比原点的光扰动时间滞后：k0 ⋅ r c
平面波：与传播方正交的平面上场点的相位相同。 平面波：与传播方正交的平面上场点的相位相同。
第六讲
பைடு நூலகம்ϖk 0
= E1 + E 2 + 2 E1 • E 2 cos θ
2 2
相位差： θ
= k1 • r − k2 • r + (δ1 − δ 2 ) = r • (k1 − k2 ) + (δ1 − δ 2 )
干涉的四种情况： 干涉的四种情况 ： （ 1）振动方向正交 ； （ 2）振动方向随机变化 ； （ 3）振动方向恒定且 ） 振动方向正交； ） 振动方向随机变化； ） 不正交，初相位为时间的函数，则初相位差在不同时间间隔内随机取值； 不正交 ， 初相位为时间的函数 ， 则初相位差在不同时间间隔内随机取值 ； （ 4）稳定的平 ） 干涉的四种情况：请同学们分析！ 干涉的四种情况：请同学们分析！ 均振动方向，不正交。无限长时间内初相位保持恒定或初相位随是时间的函数，非恒量， 均振动方向，不正交。无限长时间内初相位保持恒定或初相位随是时间的函数， 非恒量， 但有相关性，使得初相位差对时间的平均值保持恒定。 但有相关性，使得初相位差对时间的平均值保持恒定。
激光衍射激光粒度仪原理
激光衍射激光粒度仪原理
激光衍射激光粒度仪是一种常用的粒度分析仪器，用于测量固体或液体中颗粒的尺寸分布。
其原理基于激光在颗粒上的衍射现象。
激光粒度仪的工作原理如下：
1. 激光照射：激光束通过一个透镜聚焦到一个称为激光点的区域内。
2. 衍射现象：当激光束照射到颗粒上时，会发生衍射现象。
衍射就是光的传播方向被颗粒打乱并散射出去的现象。
3. 散射光收集：在激光点周围，放置一个光散射器，用于收集散射的光。
收集的光通过透镜进入光电探测器。
4. 信号处理：光电探测器将收集到的光转换为电信号。
根据衍射光的强度和波形，可以计算出颗粒的尺寸分布。
5. 数据分析：仪器会自动计算和显示颗粒的尺寸分布曲线。
通常会提供平均粒径、粒径分布的标准差等参数。
激光衍射激光粒度仪通过利用衍射光的特性，可以非常准确地测量颗粒的尺寸分布。
这种方法适用于微米级甚至纳米级颗粒的测量，广泛应用于研究和生产中的颗粒分析。
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当缝宽W增大1倍即为2W时，其等效缝宽增大4W。
用途： （1）平面工件表面形状检测； （2）平面零件的间隙检测。
附：反射衍射法公式推导：
如图5-6所示：将宽缝 W对平面镜成像，展开后，其等效缝 宽为2W。
图5-6 根据透镜成像的等光程原理，轴外衍射光（平行光）
（1），（2），在P点聚焦时其光程差为：
（二）动态测量： 当狭缝改变 ΔW时，同一级衍射条纹的位置改变。此时，即 找出 W W W F Xn 的函数关系。
1、无透镜系统：
W W W
2、有透镜系统
RK RK 1 1 RK Xn Xn Xn Xn Xn Xn Xn RK RK III XnXn Xn 2 式中：Xn Xn Xn Xn Xn
1 Xn 1 W fK fK X n Xn Xn2 IV
若测出在某定点 P点Xn的变化量ΔXn，即可求出缝宽变化量
ΔW，以上为衍射的四大公式。
§5-2 衍射测量的技术特点
一、可获得较大的光学放大倍率M：
由公式： W 得：
M R,
图5-5
Xn 2 Xn Sin Cos 2R 当θ很小时，Sin 0, Cos 1 RK 则W 2 Xn
W
RK
特点：
1、放大倍率： M
Xn RK W 2W 2
即：反射衍射装置的光学放大倍率比非反射衍射型减小了 一倍。
2、灵敏度增大了一倍：
）等于平行光 的单丝后在P点的衍射条纹振幅之和（ yp yp
直接通过透镜后，在同一点P的振幅yP（此时yP=0）
即 y ，即 y p yp yp 0 p yp
其光强为 y p
2
y p
2
。
而在F´处：y p 0 y p 0 y p 0 ，即 y p 0 y p 0 y p 0
2 Xn Xn 2 Sin 2WXn Cos Xn Sin Cos 2 2W R R 2R 2R 当 K时，相干点出现暗纹点
2WXn Xn 令 Cos Sin K R 2R
2 1 2W Sin 2WSin 2W Sin Sin 2W Sin Cos Cos Sin Sin 2W Sin Cos Sin Cos 1 2W Sin Cos Sin 1 Cos 2 2W Sin Cos 2Sin Sin 2
7 202.5 0.035
三、装置简单，调试方便 四、绝对量程小，大约在（0.01~0.15）mm
§5-3 几种实用的测试方法
一、尺寸的比较测量：（图5-4）
先对标准刀口间隙归零，测量间隙的变化量
图5-4
二、部件轮廊测量： 测量圆形工件表面形状和偏心。 三、面形测量（反射衍射法）： 测量光盘、磁盘面的跳动量 对图（5-5）的系统，可以导出：
点外，在其余各点，单缝和的同尺寸细丝的 结论：除 p0
衍射光强分布相同。因此在衍射计量中，可将单缝衍射公
式用于单丝衍射的情况。
三、讨论： （一）静态测量： 即找出W=F(Xn)的函数关系。 1、无透镜系统：（如图5-2）
Sin Xn l Xn Xn2 R 2
2
将上式代入单缝衍射公式中得：
0
2 、若将单缝换成直径为 d的细丝，则在衍射屏 P点的振幅 为 y P ；P0的振幅为 y P 0 ； 3 、若平行光不通过单缝或细丝而直接入射到透镜上；则 只在物镜的后焦点Fˊ上（后焦点）成一亮点，其振幅为 y P 0
，在其余各点处，振幅 y p 0 ；
根据在巴比列定律：平行光分别通过单缝和有相同宽度
RK Xn
M Xn RK W W2
K,
例，设R=400mm，K=2，λ=0.6328×10-3mm，W=0.05mm，
400 2 0.6328 103 x 则 M 202 . 5 0.052
1 W2
二、测量精度高： 若在衍射谱面的 P 点用 CCD 器件接收，其测量误差可达± 1 个象元（±0.007mm），则对上例光电瞄准误差为：
图5-1
当L（缝长）>>W（缝宽）>λ，且
R
W2
时，满足远
场夫朗和费（Fraunhofer）单缝衍射条件，其光强分布为：
Sin2 W I I0 2 , 式中 Sin 对各级暗纹： W k Sin
即 WSin K 特点：
K 1， 2，
（1）各暗纹间隔相等，亮纹间隔不相等。
（2）主极大角宽度理：
巴比列定律：“两互补屏所产生的衍射图形，其衍射花样 和光强分布相同，但存在π的位相差”。 证明：考察在频谱面上的任一点P。 1 、平等光通过缝宽为 d的单缝衍射后，在衍射屏 P点的振 幅为 y p；P 点（中心点）的振幅为 y P0 ；
Xn RK 1 2 2 R K K Xn R W Sin Xn Xn
当Xn<<R时，Xn 0
R
则上式变为：
W RK Xn I
图5-2
2、透镜系统 对图（5-3）所示的结构同理有：
W fK Xn II
图5-3
KR 即W Xn 2 XnCos Sin 2R