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V棱镜折射仪的智能化研究

作　者: 徐聪恩
导　师: 刘文丽
学　校: 中国计量科学研究院
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 折射率 V棱镜折射仪 CCD 角度编码器 测量不确定度
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


折射率是表征介质光学性质的重要参数,研究物质的折射率,可以解决很多问题。为了保证光学系统的成像质量,准确测量光学材料折射率显得越来越重要。中国计量科学研究院保存着一系列折射率标准,在折射率标准量值传递体系中,V棱镜折射仪处于中间位置,起到量值传递关键作用。传统的V棱镜折射仪是光学车间经典检验仪器,相比于精密测角仪和阿贝折射仪都有很多优点。近年来,随着眼镜行业的规范管理,相关标准要求眼镜片生产厂家标注眼镜镜片材料的折射率。故此,各眼镜计量和质检部门、眼镜片生产厂家也纷纷购置V棱镜折射仪,市场前景广阔。传统手动式V棱镜折射仪采用光学细分式度盘和目视瞄准。仪器在望远镜瞄准、读数显微镜对准、空程和行差等方面会产生误差。同时目视瞄准时通过眼睛很难判断狭缝单丝像精确平分双分线,记录角度和后续数据处理的工作量较大,效率低下。近些年来,光电产业的发展迅猛。一些精度更高、性能更可靠、结构更精巧、用户界面更智能的光机电算高度整合的现代光电仪器逐渐取代了传统的纯粹光学式的仪器,共同点都是组合了当今最为成熟的技术成果,利用了产业内最为可靠的技术手段,充分发掘了传统光学仪器原理的价值,开发出现代新型光电仪器。课题就是基于以上思想研制新型V棱镜折射仪,涉及光、机、电和软件设计。主要包括如下研究内容：(1)用新型光电冷光源替换传统大且笨重的谱线灯,结构小巧,集成度高,更安全可靠。(2)根据新型光电冷光源发出的谱线设计仪器光学系统中的准直物镜,并增加平面反射镜形成折返式光路,使得仪器结构上更精致。重新加工设计了V形棱镜底座,其材料折射率值还经过量值传递。(3)用CCD成像对准取代目视瞄准,用海德汉角度编码器取代光学细分式度盘,使仪器更具智能化。(4)在V棱镜折射仪的机械结构中增加蜗轮蜗杆,用摩擦滑轮驱动实现二级微动,实现粗调和精调；设计磁铁吸附方式固定V形棱镜底座；采用带有内置精密轴承的角度编码器来和平面反射镜实现联动,对角度进行测量。(5)设计软件处理程序直接显示折射率,简化操作,并大大提高工作效率。(6)在完成新型V棱镜折射仪基础上,分析其测量不确定度。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 折射率测量方法介绍  11-15
    1.2.1 精密测角仪法  11-13
    1.2.2 V棱镜折射仪法  13-14
    1.2.3 阿贝折射仪法  14
    1.2.4 浸液法  14-15
  1.3 V棱镜折射仪的国内外现状  15-16
  1.4 本文主要研究内容  16-18
第二章 V棱镜折射仪技术改造  18-22
第三章 光学系统和光学元件设计  22-36
  3.1 光学系统设计  22-23
  3.2 光学元件设计  23-36
    3.2.1 谱线灯  23-26
    3.2.2 平行光管  26-34
    3.2.3 V形棱镜的设计  34-36
第四章 光电成像系统及角度测量系统  36-44
  4.1 光电成像系统  36-39
  4.2 角度测量系统  39-44
第五章 机械结构设计  44-54
  5.1 灯源箱的设计  45-46
  5.2 角度编码器的安装  46-47
  5.3 二级微传动设计  47-51
  5.4 V形棱镜底座的设计  51
  5.5 V棱镜折射仪整体设计结构图  51-53
  5.6 智能化V棱镜折射仪的装配与调整  53-54
第六章 软件设计  54-58
第七章 测量不确定度分析  58-66
  7.1 建立数学模型  58-59
  7.2 不确定度分量分析  59-65
    7.2.1 V形棱镜的折射率值n_0测量不准确引起的标准不确定度分量  59
    7.2.2 角度编码器测得的偏折角θ测量不准确引起的标准不确定度分量  59
    7.2.3 V形棱镜的各个几何角度测量不准确引起的标准不确定度分量  59-63
    7.2.4 试样与折射液的折射率不匹配和被测试样的直角测量不准确引起的标准不确定度分量  63-65
    7.2.5 程序舍入引起的标准不确定度分量  65
  7.3 合成标准不确定度和扩展不确定度  65-66
第八章 总结与展望  66-68
  8.1 总结  66-67
  8.2 展望  67-68
致谢  68-70
参考文献  70-72
攻硕期间发表的学术论文及研究成果  72

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器
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