【摘要】：表面形貌是指表面存在連續(xù)凹凸不平的微觀幾何形狀,它在很大程度上影響并決定零件的使用性能,這種影響存在于機(jī)械、集成電路、生物醫(yī)學(xué)和光學(xué)等諸多領(lǐng)域。合理有效的評(píng)價(jià)表面形貌對(duì)表面加工質(zhì)量和保證產(chǎn)品性能具有非常重要的理論意義。反射式強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器(RIM-FOS)具有非接觸式、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于位移、表面形貌、粗糙度等物理量的測(cè)量。利用反射式強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器對(duì)表面形貌進(jìn)行測(cè)量,論文從建立光強(qiáng)模型、傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析和形貌測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)化等幾個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究。根據(jù)RIM-FOS的基本工作原理和基于高斯分布的出射端的光場(chǎng)分布,建立了雙圈同軸型光纖傳感器的數(shù)學(xué)模型。提出了一種外圈接收光纖傾斜的雙圈同軸型光纖傳感器的新結(jié)構(gòu),并利用粒子群算法對(duì)傾斜角度進(jìn)行了優(yōu)化。完成了形貌測(cè)量系統(tǒng)的搭建,實(shí)現(xiàn)了測(cè)量系統(tǒng)的基本功能。對(duì)反射式光纖傳感器進(jìn)行了校準(zhǔn)和標(biāo)定,得出了輸入輸出特性曲線,并對(duì)傳感器的性能進(jìn)行了分析。驗(yàn)證了所建立的光纖傳感器的數(shù)學(xué)模型的可行性。分析了影響測(cè)量系統(tǒng)精度的因素,包括環(huán)境光、振動(dòng)和反射系數(shù)等的影響。分別從提高激光器和發(fā)射光纖的耦合效率、光強(qiáng)補(bǔ)償方面對(duì)光路系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化,最后利用基于關(guān)系矩陣的統(tǒng)計(jì)加權(quán)數(shù)據(jù)融合算法對(duì)光電探測(cè)器的噪聲和光源波動(dòng)引起的系統(tǒng)誤差進(jìn)行了補(bǔ)償,該算法能夠更為精準(zhǔn)的還原被測(cè)工件的表面三維形貌。本文驗(yàn)證了反射式強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的測(cè)量模型,從光纖傳感器的結(jié)構(gòu)、光源與光纖傳感器的耦合方式、光路補(bǔ)償以及優(yōu)化表面數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)融合算法四個(gè)方面對(duì)表面形貌測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化,并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和形貌測(cè)量等相關(guān)實(shí)驗(yàn),得到了比較理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了測(cè)量系統(tǒng)的性能。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN248;TP212
【圖文】：

Cbdd發(fā)射光纖接收光纖α圖 2.1 反射式光纖傳感器測(cè)量表面形貌原理圖2.2 發(fā)射光纖纖端出射光場(chǎng)分析對(duì) RIM-FOS 來(lái)說(shuō)光強(qiáng)調(diào)制函數(shù)是其進(jìn)行測(cè)量的理論基礎(chǔ)，而光強(qiáng)調(diào)制函數(shù)又是在發(fā)射光纖出射端光場(chǎng)分布模型上建立的。因此首先對(duì)光場(chǎng)模型進(jìn)行分析十分必要。研究者們提出了多種不同的發(fā)射纖端的光場(chǎng)分布假設(shè)，主要包括均勻分布[55, 56]、圓臺(tái)分布

中北大學(xué)學(xué)位論文耳界面反射系數(shù)，在玻璃和空氣交界面時(shí)取時(shí)，發(fā)射光纖和反射面的距離 d 越來(lái)越大，纖接收到的光強(qiáng)越來(lái)越弱，接收的光強(qiáng)隨 wp222+r2 2 2-r / w(2d)0 22w(2d)s2(1 - C)P r + p - rP = e arccos( )rdπw(2d) 2pr 單光纖對(duì)的調(diào)制特性函數(shù)可以表示為：p0p -2222+r2 2 2-r / w(2d)22rs2(1 - C)r + p - rP = e arccos( )rπw(2d) 2prPP 真可以得到單光纖對(duì)的調(diào)制特性曲線：

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本文編號(hào)：2741532