衍射法测量细丝直径

　　1　测量原理

　　根据巴俾涅原理,平行光束照射细丝时,其衍射效应和狭缝一样,在接收屏上得到同样的明暗相间的条纹。

　　2　测量装置

　　图2为测量装置原理图,He-Ne激光器1发出激光束经偏振片组2入射到准直透镜组4扩束成平行测量光,小孔光栏3起空间滤波作用,由狭缝5和狭缝6组成二次衍射装置,取出零级衍射光并有效消除杂散光后入射到被测细丝7上,CCD光强测量仪9接受细丝的夫琅和费衍射光强并转化成数字信号输入计算机10,经由计算机处理,显示其衍射图样并精确求得衍射图样的暗纹间距S,由公式(3)计算给出测量结果。

　　由于激光经被测细丝衍射后产生的衍射条纹主要能量集中在零级条纹上,为避免CCD饱和并扩大CCD测量的动态范围,特用遮光条8在CCD前挡去衍射零级光束。

　　偏振片组2可用来调节入射光束的强弱,以保证充分利用CCD光强测量的的动态范围,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CCD多接收一些条纹,但接受的条纹数太多,条纹间距变小,也会影响测量精度,综合考虑,我们对有效长度为28·672mm的4096个像元CCD线阵,建议接收±6~7级条纹,这样扣除中心1、2级条纹不用,一次总共可测得8~10个条纹间距进行平均,由此可调节距离L的大小。实验中被测漆包线直径用外径千分尺量得为0·118mm,所以控制L在300~400 mm之间,遮光条的宽度取为4 mm,即能比较好地去除中心亮纹的影响。

　　3　信号数据的软件处理

　　CCD输出的原始信号经放大、模数转换成数字信号送计算机,由软件处理得到测量结果。

　　3·1　信号的低通滤波