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第1篇：激光檢測技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：圖像實時檢測；激光切割；數(shù)字圖像處理

1 研究背景

隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展和人類文明的不斷進步，隨著市場競爭的激烈，傳統(tǒng)的模切板加工方式已不能滿足需要，而激光切割模切板具有高效率、高質(zhì)量、高精度等特點，激光切割模切板取代傳統(tǒng)方式的趨勢日益明顯[1]。激光切割模切板生產(chǎn)過程中，激光切割頭和模切板運動速度可高達5m/min以上，割縫寬度往往小于1mm，很難用人工檢查。隨著數(shù)字圖像處理在工業(yè)生產(chǎn)自動化系統(tǒng)中越來越廣泛的應(yīng)用，利用CCD提取割縫圖像，并將其數(shù)字化后送往DSP進行處理，提取圖像的特征，實現(xiàn)工業(yè)在線檢測割縫寬度。因此，研究圖像實時檢測技術(shù)在激光切割中的應(yīng)用具有一定的理論和現(xiàn)實意義。

2 數(shù)字圖像處理方式

2.1 基于計算機

計算機上能用于圖像處理的軟件很多，如MATLAB，Visual C++等。C++通過圖形設(shè)備接口和位圖提供對數(shù)字圖像處理編程的最基本支持。MATLAB圖像處理工具箱封裝了一系列針對不同圖像處理需求的標準算法。但是缺點也很明顯：處理速度較慢，體積較大，功耗也很大。

2.2 基于FPGA

使用FPGA作為圖像處理系統(tǒng)的核心。FPGA集成了SRAM存儲器、數(shù)字信號處理（DSP）、乘法器模塊、串行收發(fā)器、存儲控制器和高級I/O接口等功能。FPGA的使用非常靈活，由于硬件的并行性，可以實現(xiàn)圖像的高速處理。不過FPGA的編程采用硬件描述語言，復(fù)雜的算法比較難實現(xiàn)。

2.3 基于DSP

DSP處理器是專門設(shè)計用來進行高速數(shù)字信號處理的微處理器。DSP易于滿足圖像處理中運算量大、實時性強、數(shù)據(jù)傳輸速率高等要求，而且有與計算機強大的多媒體交互能力。除了硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性之外，DSP還有特殊指令可以縮短程序運行時間。DSP的開發(fā)也相對簡單，如TI的DSP有自己的集成開發(fā)環(huán)境CCS，采用C語言編程，有過其他軟件編程經(jīng)驗的開發(fā)人員都很容易上手。

3 工程設(shè)計

3.1 采取旁軸集成

檢測裝置采取旁軸的方式集成到激光切割機上，這主要是考慮到了旁軸結(jié)構(gòu)的簡單性。

3.2 采用輔助光源加濾波片

通過采用“加裝恒定功率的藍紫光燈配合只能通過藍紫光的濾波片”的方案，完善了采集圖像的硬件設(shè)備。排除了光斑和燃燒焰的影響，很大程度上排除了存在不確定性的可見光干擾，從物理手段上大幅提高采集圖像的圖像質(zhì)量，有助于提高系統(tǒng)的精確性。同時也降低了算法的難度，減輕了DSP的負擔，提高了系統(tǒng)的實時性。

3.3 采用基于DSP的圖像處理系統(tǒng)[2]

將CCD采集的圖像經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)成數(shù)字圖像送入DSP，由DSP對圖像進行處理。這種設(shè)計方案的優(yōu)點是簡單、靈活，成本比較低，便于實際中應(yīng)用。

4 算法設(shè)計

4.1 濾波去噪

在獲取或傳輸圖像的過程中不可避免地會產(chǎn)生圖像噪聲，從而使圖像的質(zhì)量下降、特征模糊，給后續(xù)的圖像分析帶來很大的麻煩。濾波的目的就是除去圖像中的噪聲，以便對圖像做進一步的處理。

圖像濾波我們采用的是中值濾波，中值濾波對脈沖噪聲有良好的濾除作用，特別是在濾除噪聲的同時，能夠保護信號的邊緣，使之不被模糊。此外，中值濾波的算法比較簡單，也易于用硬件實現(xiàn)。經(jīng)過濾波以后，圖像的噪聲大幅度減小。

4.2 圖像分割

圖像分割的目的是為了從已有的圖像中提取感興趣的區(qū)域和信息，用于后續(xù)的處理。在本算法里面就是把割縫從背景中分離，用于后續(xù)的縫寬檢測。我們采用的是閾值二值化，閾值二值化（分割）具有快速和有效性，它的基本目的在于按照灰度級將圖像空間劃分成與現(xiàn)實景物相對應(yīng)的一些有意義的區(qū)域。經(jīng)過實踐，能夠很好地把背景和割縫分離開來。

4.3 縫寬計算

首先通過行掃描或列掃描，記錄下黑色像素點數(shù)目。然后求取差方和最小的幾行（列）作為圖像最佳計算區(qū)域。同時計算割縫走向斜率，把黑色像素點數(shù)（寬度）換算成割縫寬度，然后結(jié)合實驗數(shù)據(jù)換算成實際的割縫寬度。

5 系統(tǒng)的實時性，精確性論證

設(shè)計預(yù)期是測量精度達到0.1mm，響應(yīng)時間小于0.1s。滿足模切板加工要求。

5.1 精確度的論證

當縫寬為1mm左右時，誤差為0.0144mm，最大誤差0.0246mm，滿足預(yù)期目標要求。同時，我們采用標準切割件做了一個簡單的定標。結(jié)果完全符合預(yù)期。

5.2 實時性的論證

把預(yù)處理和縫寬計算代碼放到MFC框架下運行。通過Profile功能查看算法耗時，可見耗時（加上調(diào)用的Windows庫函數(shù)）在12毫秒以內(nèi)。測試使用PC機MIPS為25000左右。

6 結(jié)束語

文章對于圖像實時檢測技術(shù)在激光切割中的應(yīng)用進行了研究。通過實時圖像檢測技術(shù)有利于進一步提高加工精度，提高模切板加工的良品率。這樣帶來了安裝的方便和低廉的成本，稍具水平的電子廠商都能生成系統(tǒng)的電路板和相關(guān)模塊，成本可以控制在絕大多數(shù)企業(yè)都能接受的范圍內(nèi)。

可見“圖像實時檢測技術(shù)在激光切割中的應(yīng)用研究”對于實際的工業(yè)生產(chǎn)有著很直觀的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]方石銀.激光切割模切板研究[D].湖南大學，2005：9.

[2]張妍.基于DSP的混凝土裂縫寬度測量系統(tǒng)的設(shè)計及實驗研究[D].

第2篇：激光檢測技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】光電檢測技術(shù) 課程內(nèi)容 實驗 考核

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2016）02-0069-02

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的快速發(fā)展，光電檢測技術(shù)作為一門研究光與物質(zhì)相互作用的新興技術(shù)，因其測量精度高、速度快、非接觸、頻寬與信息容量極大、傳遞信息效率高、自動化程度高等突出特點，成為現(xiàn)代檢測技術(shù)最重要的手段和方法之一。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航空航天以及日常生活中應(yīng)用得非常廣泛，是現(xiàn)代信息類工科學生必須掌握的知識。

自2004年起，光電檢測技術(shù)課程成為北京信息科技大學光信息科學與技術(shù)和測控技術(shù)與儀器兩個專業(yè)共同的一門重要專業(yè)課。該課程將光學檢測技術(shù)與現(xiàn)代微電子技術(shù)、計算機技術(shù)緊密結(jié)合起來，深入講解各種光電轉(zhuǎn)換技術(shù)及器件的原理、特性和基本用法，結(jié)合具體應(yīng)用，詳細介紹各種激光干涉、衍射，光纖傳感等光電檢測方法、技術(shù)及系統(tǒng)，最終讓學生深入理解光電技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基本知識，對各種光電器件和光電檢測技術(shù)有一個全面的認識，并且掌握多種光電檢測方法，以便在實踐中熟練應(yīng)用，為學生今后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。理解和掌握這門課程，對于提高學生素質(zhì)和培養(yǎng)分析能力、創(chuàng)新能力都有重要意義。

同時由于光電檢測技術(shù)以光電子學為基礎(chǔ)，以光電子器件為主體，研究和發(fā)展光電信息的形成、傳輸、接收、變換、處理和應(yīng)用，這正是學院儀器科學與技術(shù)和光學工程兩個一級學科共同的研究方向。學院眾多教師在該方向的長期科學研究過程中，不斷加深對光電檢測技術(shù)的基本理論、實施方法、系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)的理解和應(yīng)用，在光、機、電、計算機相結(jié)合的激光干涉測量、激光衍射測量、激光跟蹤測量、光纖傳感檢測、光電多自由度監(jiān)測等各種物理參數(shù)測量儀器和系統(tǒng)方面展開了深入研究，取得了豐碩的研究成果并積累了豐富的科研經(jīng)驗。

2013年開始，以精品課程為目標，我們深入開展了光電檢測技術(shù)課程建設(shè)，涉及課程教學內(nèi)容的更新、實驗環(huán)節(jié)的改進和考核方式的改革等。

一 教學內(nèi)容

如圖所示，一個典型的光電檢測系統(tǒng)包括光學處理部分、電子學處理部分，兩者通過光電轉(zhuǎn)換部分有機連接成一個整體。與之相對應(yīng)，光電檢測技術(shù)課程內(nèi)容多、發(fā)展快、涉及知識面廣。為此，我們首先對授課內(nèi)容進行比較分析和歸納總結(jié)，提煉出最基礎(chǔ)的關(guān)鍵原理，同時吸取眾家之長，結(jié)合專業(yè)特點，補充有代表性的最新應(yīng)用。

首先對應(yīng)用光學、物理光學、信息光學等課程已經(jīng)講授的內(nèi)容大幅度減少授課學時，例如光電檢測中常見光源、光學系統(tǒng)和設(shè)備相關(guān)內(nèi)容的學時壓縮一半；但鑒于輻射度和光度學是專業(yè)選修課，一部分學生沒有選修，一部分學生選修后掌握不夠多，將該部分知識的講解課時適當增加，補充了一些與學生日常生活關(guān)聯(lián)度高的內(nèi)容，增強學生學習的興趣；強化光電轉(zhuǎn)換器件部分，如前所述，該部分所介紹的各種光電轉(zhuǎn)換器件是光電檢測技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，深入介紹了各種光電子發(fā)射探測器、光電導(dǎo)探測器、光伏探測器、光電成像器件的原理、特性和基礎(chǔ)應(yīng)用，還專門介紹了應(yīng)用日益廣泛的紅外熱成像探測器；同時考慮到調(diào)制解調(diào)技術(shù)在光電檢測系統(tǒng)中的廣泛使用，專門對此技術(shù)做了重點講解。調(diào)整后整體內(nèi)容更豐富，兼顧了基礎(chǔ)原理和實際應(yīng)用，學生反饋良好。

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* 北京信息科技大學課程建設(shè)項目資助

我們還將課程內(nèi)容與后續(xù)的專業(yè)綜合實踐環(huán)節(jié)相配合。因為學院兩個專業(yè)都開設(shè)有專業(yè)綜合實踐環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學生綜合運用所學知識掌握某些光機電系統(tǒng)的設(shè)計能力，將所學與實際應(yīng)用有機結(jié)合起來，最終提高學生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力。光電檢測技術(shù)正是與專業(yè)綜合實踐相對應(yīng)的一門重要的綜合性課程，我們在授課過程中有意識地將后期綜合實踐可能涉及的內(nèi)容經(jīng)提煉后引入到課程教學中，前期培養(yǎng)學生的綜合應(yīng)用意識和能力，為后續(xù)的綜合實踐環(huán)節(jié)打好基礎(chǔ)。

二 實驗環(huán)節(jié)

課程設(shè)有8個學時的實驗。通過較充分的實驗，使學生在掌握光電檢測技術(shù)基本理論知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)設(shè)計和實施工程實驗的能力，并能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進行分析。

但我們發(fā)現(xiàn)，學生在綜合運用理論和技術(shù)手段設(shè)計系統(tǒng)的能力有所欠缺，主動性不足。為此，我們特別增加了學生自主設(shè)計實驗，例如讓學生自主設(shè)計一個光強自動控制裝置，能夠探測環(huán)境的光強，當環(huán)境光暗到一定程度后（根據(jù)環(huán)境情況，制定特定的照度值），能點亮LED。并且環(huán)境光越暗，LED越亮。通過此實驗，促使學生了解各種光強探測原理及傳感器，選擇合適的光強探測傳感器并設(shè)計其驅(qū)動電路，掌握輸出光強控制方法并設(shè)計相關(guān)電路，掌握實驗調(diào)試方法和實驗數(shù)據(jù)分析處理方法。整個實驗由學生自主設(shè)計，在設(shè)計方案審核通過后自主搭建系統(tǒng)并完成功能調(diào)試，最終提交完整的設(shè)計報告，包括任務(wù)分析、調(diào)研、系統(tǒng)方案設(shè)計、成本核算、具體電路設(shè)計、調(diào)試過程和測試結(jié)果處理。這樣的實驗學生參與度高、效果更好，對提高學生知識的綜合運用能力和手腦結(jié)合的能力有較大幫助。

三 考核方式

該課程加強了過程考核，增加了平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)、小組專題宣講和實驗部分在總成績中的占比，特別是對于平時表現(xiàn)和實驗部分成績優(yōu)秀的學生，本人申請獲批后，可以免書面考試，以實物作品、論文、競賽來代替。

對于大多數(shù)學生的期末考試，在出題過程中有意識地與課程目標緊密呼應(yīng)。本課程的課程目標按照工程教育認證標準，主要涉及了通用標準畢業(yè)要求各種能力的培養(yǎng)，因此試卷題目也從各個角度對學生的以上能力進行考核。例如，為考核學生了解光電檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢情況，我們出了讓學生填寫近年來諾貝爾物理獎主要內(nèi)容的題目。又比如，為了考核學生掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識；具有綜合運用理論和技術(shù)手段設(shè)計系統(tǒng)的能力，設(shè)計過程中能夠綜合考慮經(jīng)濟、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素的情況，我們在考試中有針對性地出了分值較高的光電檢測系統(tǒng)綜合設(shè)計型題目，加強了對學生綜合分析和設(shè)計能力的考核。

四 結(jié)束語

借助光電檢測技術(shù)課程建設(shè)，我們對該課程展開了全面探索和改進，緊密結(jié)合工程教育專業(yè)認證的要求，梳理了課程教學的內(nèi)容，增加了學生自主綜合實驗，改進了課程考核方式，增強了學生的學習興趣，提高了學生的綜合分析和設(shè)計能力，初步達到了建設(shè)目標。

參考文獻

[1]雷玉堂.光電檢測技術(shù)（第2版）[M].北京：中國計量出版社，2009

[2]浦昭邦、趙輝.光電測試技術(shù)（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010

第3篇：激光檢測技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：分布式監(jiān)測 光纖

1、 我國大壩分布式光纖監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用概況

20世紀70年代，光纖監(jiān)測技術(shù)伴隨著光導(dǎo)纖維及光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來。與傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)相比，光纖監(jiān)測技術(shù)有一系列獨特的優(yōu)點：

（1）

光纖傳感器的光信號作為載體，光纖為媒質(zhì)，光纖的纖芯材料為二氧化硅，因此，該傳感器具有耐腐蝕，抗電磁干擾，防雷擊等特點，屬本質(zhì)安全。

（2）

光纖本身輕細纖柔，光纖傳感器的體積小，重量輕，不僅便于布設(shè)安裝，而且對埋設(shè)部位的材料性能和力學參數(shù)影響甚小，能實現(xiàn)無損埋設(shè)。

（3）

靈敏度高，可靠性好，使用壽命長。

分布式光纖監(jiān)測技術(shù)除了具有以上的特點外，還具有以下二個顯著的優(yōu)點：

（1）

可以準確的測出光纖沿線任一點的監(jiān)測量，信息量大，成果直觀。

（2）

光纖既作為傳感器，又作為傳輸介質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡單，不僅方便施工，潛在故障大大低于傳統(tǒng)技術(shù)，可維護性強，而且性能價格比好。

我國從20世紀90年代后期在新疆石門子水庫首次利用分布式光纖監(jiān)測技術(shù)測量碾壓砼拱壩溫度以來，至今已有多個工程應(yīng)用，并且，我國已有專門從事分布式光纖監(jiān)測儀器設(shè)備制造廠——寧波振東光電有限公司，發(fā)展極為迅速。

由于水電水利工程中有許多物理場需要監(jiān)測，如溫度場、應(yīng)力場、位移場、滲流場，等等。以往采用單點監(jiān)測方法，測點少，成果不直觀，需要通過分析才能最終了解場的情況，這種傳統(tǒng)的單點監(jiān)測方法不僅費工、費時、費錢，而且效果也不理想。而如果采用分布式光纖監(jiān)測技術(shù)就可以準確地測定光纖沿線任一點上的溫度、應(yīng)力和位移，信息量大，成果直觀。如果將光纖按一定的網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)，可實現(xiàn)對大壩安全的全方位監(jiān)測，可以克服傳統(tǒng)點式監(jiān)測容易漏測和滲流難以定位的弊端，極大提高安全監(jiān)測的有效性，如俄羅斯薩揚.舒申斯克重力拱壩，內(nèi)部儀器埋設(shè)達2500多支，竟未測出壩基長達486m的水平縫，直至該縫向壩內(nèi)延伸20余米，引起廊道漏水才被發(fā)覺，這充分說明點式監(jiān)測的局限性，因此，分布式光纖監(jiān)測技術(shù)倍受青睞。從監(jiān)測內(nèi)容看，當前我國應(yīng)用大致可分為四類。

第一類是溫度監(jiān)測。如設(shè)置于新疆石門子碾壓砼拱壩內(nèi)的分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置于三峽大壩內(nèi)的分布式測溫系統(tǒng)，設(shè)置于廣東長調(diào)水電站砼面板的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，等等。由于分布式光纖監(jiān)測測點多，信息量大，都獲得了較好的監(jiān)測成果，較全面地反映了大壩溫度場的分布情況。

第二類是滲流定位監(jiān)測。如設(shè)置于廣東長調(diào)水電站面板周邊縫的分布式光纖溫度——滲流監(jiān)測系統(tǒng)。水庫蓄水期間，即發(fā)現(xiàn)周邊縫有幾處滲漏點，對滲漏定位相當有效。

第三類是位移和隨機裂縫監(jiān)測。如設(shè)置于隔河巖電站水庫覃家田滑坡中的螺旋型分布式光纖位移監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置于湖北古洞口面板堆石壩面板上的隨機裂縫光纖自診斷系統(tǒng)。由于單模光纖抗拉強度不高，能測隨機裂縫的縫寬不大，當裂縫大于2mm時，光纖易被拉斷。因此，對隨機裂縫的監(jiān)測生命期尚不長。

第四類是裂縫監(jiān)測。如設(shè)置于古洞口面板堆石壩周邊縫面板間縫的準分布式光纖測縫計監(jiān)測系統(tǒng)。通過監(jiān)測，也獲得了光纖測縫計埋設(shè)處縫寬變化的較好效果。

當前，在建和擬建的水電水利工程，如索風營水電站、景洪水電站、三板溪水電站、水布埡水電站、坦肯水電站、錦屏一級水電站、瀑布溝水電站、拉西瓦水電站等等，在大壩安全監(jiān)測中，都正在或計劃采用分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)。

分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在碾壓混凝土壩的應(yīng)用發(fā)展較快，繼新疆石門子碾壓混凝土拱壩后，索風營碾壓混凝土重力壩，景洪碾壓混凝土重力壩都已經(jīng)和準備應(yīng)用。對碾壓混凝土壩，分布式光纖監(jiān)測具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，因為它對施工干擾小，它既具有監(jiān)測溫度場的功能，又兼有對碾壓層面進行滲流定位監(jiān)測的功能。從目前應(yīng)用情況來看，光纖網(wǎng)絡(luò)布置有二種形式。一種是平面網(wǎng)絡(luò)形式，光纖連續(xù)地沿壩體橫斷面自下而上作蛇形布置；另一種是空間網(wǎng)絡(luò)形式，取某壩段作監(jiān)測對象，光纖自下而上連續(xù)地沿水平截面從左至右或從右至左作蛇形布置?？臻g網(wǎng)絡(luò)布置不僅可以監(jiān)測多個橫斷面的溫度場，了解施工期和運行期壩體溫度空間分布和變化情況，而且可以對碾壓層面進行滲流定位監(jiān)測。

2、 兩種分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)

分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)其實是分布調(diào)制的是光纖傳感系統(tǒng)。所謂分布調(diào)制，就是沿光纖傳輸路徑上的外界信號以一定的方式對光纖中的光波進行不斷調(diào)制（傳感），在光纖中形成調(diào)制信息譜帶，并通過獨特的檢測技術(shù)，介調(diào)調(diào)制信號譜帶，從而獲得外界場信號的大小及空間分布。因此，分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)通常由激光光源，傳感光纖（纜）和檢測單元組成，是一種自動化的監(jiān)測系統(tǒng)。

按照調(diào)制方式的不同，分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)分為分布式傳光型光纖監(jiān)測系統(tǒng)和分布式傳感型光纖監(jiān)測系統(tǒng)或準分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)和分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)。

2.1分布式傳光型(準分布式)光纖監(jiān)測系統(tǒng)

分布式傳光型光纖監(jiān)測系統(tǒng)的特點是：將呈一定空間分布的相同調(diào)制類型的光纖傳感器耦合到一根或多根光纖總線上，通過尋址、介調(diào)檢測出被測量的大小。分布式傳光型監(jiān)測系統(tǒng)實質(zhì)上是多個分立式光纖傳感器的復(fù)用系統(tǒng)，故又稱準分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)或非本征型分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)。光纖總線僅起傳光作用，不起傳感作用。根據(jù)尋址方式不同，分布式傳光型光纖監(jiān)測系統(tǒng)可分為時分復(fù)用、波分復(fù)用、頻分復(fù)用、偏分復(fù)用和空分復(fù)用等幾類。其中，時分復(fù)用、波分復(fù)用和空分復(fù)用技術(shù)較成熟，復(fù)用的點數(shù)較多。

1、 時分復(fù)用

時分復(fù)用靠耦合于同一根光纖上的傳感器之間的光程差，即光纖對光波的延遲效應(yīng)來尋址。當一脈寬小于光纖總線上相鄰傳感器之間的傳輸時間的光脈沖自光纖總線輸入端注入時，由于光纖總線上各傳感器距光脈沖發(fā)射端的距離不同，在光纖總線的終端（或始端）將會接收到許多光脈沖，其中每一個光脈沖對應(yīng)光纖總線上的一個傳感器，光脈沖的延時即反應(yīng)傳感器在光纖總線上的地址，光脈沖的幅度或波長的變化即反應(yīng)該點被測量的大小。在這里，注入的光脈沖越窄，傳感器在光纖總線上的允許間距越小，可耦合的傳感器越多，但是，對介調(diào)系統(tǒng)的要求越苛刻。

2、 波分復(fù)用

波分復(fù)用是通過光纖總線上各傳感器的調(diào)制信號的特征波長來尋址。當光源發(fā)出的連續(xù)寬帶光（經(jīng)光波長編碼）注入光纖總線時，在光纖傳感器與監(jiān)測量發(fā)生耦合作用，對該寬帶光有選擇地反射回相應(yīng)的一個窄帶光，并沿原傳輸光纖返回，其余寬帶光則直接透射過去繼續(xù)前進，遇到第2個光纖傳感器，又有選擇地反射回相應(yīng)的一個窄帶光。由于各傳感器的特征波長不同，通過濾波/解碼系統(tǒng)即可求出被測信號的大小和位置。該法由于一些實際部件的限制，總線上允許的傳感器數(shù)目不多，一般為8—12個。 3、 頻分復(fù)用

頻分復(fù)用是將多個光源調(diào)制在不同的頻率上，經(jīng)過各分立的傳感器匯集在一根或多根光纖總線上，每個傳感器的信息即包含在總線信號中的對應(yīng)頻率分量上。采用光源強度調(diào)制的頻分復(fù)用技術(shù)可用于光強調(diào)制型傳感器，采用光源光頻調(diào)制的頻分復(fù)用技術(shù)可以用于光相位調(diào)制型傳感器。

4、 空分復(fù)用

空分復(fù)用是將各傳感器的接收光纖的終端按空間位置編碼，通過掃描機構(gòu)控制光開關(guān)選址。這時，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)合理布置，信道間隔應(yīng)選擇合適，以保證在某一時刻單光源僅與一個傳感器通道相連。空分復(fù)用的優(yōu)點是能夠準確地進行空間選址，實際復(fù)用的傳感器不能太多，以少于10個為佳。

目前國內(nèi)北京品傲光電科技有限公司和武漢理工大學研制的準分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)都是采用了光纖光柵傳感器，傳感信號為波長調(diào)制，系統(tǒng)采用波分復(fù)用技術(shù)。

三峽大學研制了由“光纖裂縫計”和“光纖測縫計智能分析儀”組成的準分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，采用的是根據(jù)光強調(diào)制的測縫計，詢址采用的是時分復(fù)用技術(shù)。

準分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)通過將多個相同類型或不同類型的傳感在一條光纖上串接復(fù)用，減少了傳輸線路，方便了施工，大大簡化了線路的布設(shè)。并且，可以實現(xiàn)多點同時測量，避免了以往逐點測量不同步的弊端。但是，準分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)存在如下不足：

（1）

由于分布式傳光型光纖監(jiān)測系統(tǒng)是通過一條光纖將若干個光纖傳感器串接而成，系統(tǒng)的光功率損耗較大，因此，一條光纖只能接入有限的光纖傳感器，如分布式光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)一般僅能接入8—12個光纖傳感器。

（2）

分布式傳光型光纖監(jiān)測系統(tǒng)實質(zhì)上是多個單測點光纖傳感的串接復(fù)用系統(tǒng)。一旦系統(tǒng)埋設(shè)安裝后，測點無法增加。

2.2分布式傳感型(分布式)光纖監(jiān)測系統(tǒng)

分布式傳感型光纖監(jiān)測系統(tǒng)的特點是，利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件，光纖總線不僅起傳光作用，還起傳感作用，所以分布式傳感型光纖監(jiān)測系統(tǒng)又稱本征分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，或全分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，簡稱分布式光纖檢測系統(tǒng)。

分布式傳感型光纖監(jiān)測系統(tǒng)有下列優(yōu)點：

（1）

信息量大。分布式傳感型光纖監(jiān)測系統(tǒng)能在整個連續(xù)光纖的長度上，以距離的連續(xù)函數(shù)的形式傳感出被測參數(shù)隨光纖長度方向的變化，即光纖任一點都是“傳感器”，它的信息量可以說是海量信息。

（2）

結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。由于分布式傳感型光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖總線不僅起傳光作用，而且起傳感作用，因此結(jié)構(gòu)異常簡單，方便施工，潛在故障少，可維護性好，可靠性高。

（3）

使用方便。光纖埋設(shè)后，測點可以按需要設(shè)定，可以取2m距離為一個測點，也可以取1m距離為一個測點等，按需要可以改變設(shè)定。因此，在病害定位監(jiān)測時極其方便。

（4）

性能價格比好。目前，光纖價格不高，一條光纖的測點又可達成百上千個，因此，每一個測點的價格就遠遠低于傳統(tǒng)單測點的價格，性能價格比相當好。

分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)相對于電信號為基礎(chǔ)的傳感監(jiān)測系統(tǒng)和點式光纖監(jiān)測系統(tǒng)而言，無論是從監(jiān)測技術(shù)的難度、監(jiān)測量的內(nèi)容及指標，還是從監(jiān)測的場合和范圍都提高到了一個新的階段。

3、展望

當前，分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)主要是一種時域分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，它的技術(shù)基礎(chǔ)是光時域反射技術(shù)OTDR（optical time—domain reflectormetry）。OTDR最初用于評價光學通信領(lǐng)域中光纖、光纜和耦合器的性能，是用于檢驗光纖損耗特性、光纖故障的手段，其工作機理是脈沖激光器向被測光纖發(fā)射光脈沖，該光脈沖通過光纖時由于光纖存在折射率的微觀不均勻性，以及光纖微觀特性的變化，有一部分光會偏離原來的傳播向空間散射，在光纖中形成后向散射光和前向散射光。其中，后向散射光向后傳播至光纖的始端，經(jīng)定向耦合器送至光電檢測系統(tǒng)。由于每一個向后傳播的散射光對應(yīng)光纖總線上的一個測點，散射光的延時即反應(yīng)在光纖總線上的位置。

由于從光纖返回的后向散射光有3種成分：

（1）

由光纖折射率的微小變化引起的瑞利（RayLeigh）散射，其頻率與入射光相同；

（2）

由光子與光聲子相互作用而引起的拉曼（Raman）散射，其頻率與入射光相差幾十太赫茲；

（3）

由光子與光纖內(nèi)彈性聲波場低頻聲子相互作用而引起的布里淵（Brillouin）散射。其頻率與入射光相差幾十吉赫茲。

因此，時域分布光纖檢測系統(tǒng)按光的載體可分為三種形式：基于拉曼散射的分布式光纖檢測系統(tǒng)、基于瑞利散射的分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)和基于布里淵散射的分布式光纖檢測系統(tǒng)。當前，前二種形式的研究和應(yīng)用較多，后一種形式是國際上近年來才研發(fā)出來的一項尖端技術(shù)，國內(nèi)研究才剛剛起步。由于后一種形式可用來測量光纖沿線的應(yīng)變分布，可以預(yù)計，不久在這方面將有所突破，并且前二種形式將發(fā)展成更多的應(yīng)用種類，逐漸向大壩安全監(jiān)測的各個領(lǐng)域滲透。光纖網(wǎng)絡(luò)布置形式將更趨豐富多樣，更趨科學合理。

與此同時，準分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)將獲得較大發(fā)展，以光纖應(yīng)變計組成的三向應(yīng)變和二向應(yīng)變的準分布式監(jiān)測系統(tǒng)將面世；同一壩段一些非物理場類監(jiān)測量，如裂縫監(jiān)測，以及同一區(qū)域一些非物理場類監(jiān)測量，如預(yù)應(yīng)力監(jiān)測，將出現(xiàn)更多的準分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，從而使相關(guān)量獲得同步觀測，大大提高觀測資料的質(zhì)量。

4、結(jié)語

分布式光纖監(jiān)測技術(shù)是當代高科技的結(jié)晶，是一種理想的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，廣大安全監(jiān)測工作者應(yīng)予以積極推廣。

分布式光纖經(jīng)久耐用，安全可靠，由它構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)可以遍布壩體，這些光纖網(wǎng)絡(luò)猶如神經(jīng)系統(tǒng)，可以感知壩體各部位相關(guān)信息，大壩因此而有望成為一種機敏結(jié)構(gòu)。

可以感覺到，光纖智能大壩正在悄悄地向我們走來。

參考文獻

1、B.culshaw J.Dakin：光纖傳感器（M）華中理工大學出版社 1997.7

2、蔡德所：光纖傳感技術(shù)在大壩工程中的應(yīng)用（M）中國水利水電出版社 2002.12

3、秦一濤，劉劍鳴等：分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)在長調(diào)水電站中的應(yīng)用實踐（J）

第4篇：激光檢測技術(shù)范文

摘 要 目的：研究熱鹽水灌胃導(dǎo)致的大鼠萎縮性胃炎（CAG）胃黏膜組織細胞HSP及Fas表達狀態(tài)，以探討CAG發(fā)病機制及長期熱咸飲食與慢性萎縮性胃炎發(fā)生的關(guān)系。方法：采用熱鹽水灌胃建立大鼠萎縮性胃炎動物模型，選取大鼠胃竇及部分胃體組織行激光掃描共聚焦顯微鏡(LSCM)標本制備，并對組織細胞結(jié)構(gòu)的變化進行動態(tài)觀察。結(jié)果：正常組胃黏膜組織細胞未見陽性表達，熱鹽水組在第12周，在細胞漿中可見HSP及Fas表達，呈均質(zhì)顆粒狀，第24、32及65周時表達更加明顯，雙標記中可見HSP和Fas共同表達。結(jié)論：熱鹽水長期灌胃可導(dǎo)致胃黏膜出現(xiàn)萎縮，HSP和Fas表達增加，激光掃描共聚焦顯微鏡檢測技術(shù)具有分辨率高、靈敏度高等特點，為細胞和組織內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)的研究提供了新的技術(shù)和方法。

關(guān)鍵詞 熱鹽水 胃黏膜 HSP Fas 免疫熒光 激光掃描共聚焦顯微鏡

資料與方法

一般資料：7周齡健康、性成熟的雄性SD大鼠（由第四軍醫(yī)動物實驗中心提供）64只，體質(zhì)量200～250g，隨機分為3組，即正常喂養(yǎng)組、正常對照組和熱鹽水組，每組各20只。采用架式籠養(yǎng)，恒溫24±1℃，濕度50%～60%。

大鼠萎縮性胃炎模型的制作：正常喂養(yǎng)組為正常喂養(yǎng)，飲白開水；正常對照組為25℃白開水灌胃，每次2.5ml，1次/日；熱鹽水組為55℃ 15%鹽水灌胃，每次2.5ml，1次/日。實驗開始，先處死4只正常組大鼠，并留取胃大體標本作為對照。以后各組分別于4、8、12、24、32、65周各隨機取4只，以觀察黏膜萎縮情況。

免疫熒光及激光掃描共聚焦顯微鏡檢測技術(shù)：按身體質(zhì)量與給藥容積比值為0.5%，腹腔注射戊巴比妥麻醉。取出鼠胃，沿大鼠胃小彎條狀取材，包括胃竇及部分胃體，做組織切片。胃黏膜組織bcl-2和COX-2蛋白表達采用激光共聚焦免疫熒光雙標方法。所需儀器（熒光顯微鏡、恒溫箱、熒光分光光度儀、電鏡、共焦鏡等）由第四軍醫(yī)大學提供，免疫熒光雙標記檢測試劑盒由武漢博士德公司提供。

具體步驟：將組織切片在二甲苯中浸3次，每次10分鐘；脫蠟后切片依次浸入1000ml/L、 950ml/L、700ml/L梯度乙醇中脫二甲苯，每次2分鐘；至蒸餾水中浸5分鐘，0.01mol/L的PBS振洗3次，每次5 分鐘；正常山羊血清封閉，37℃，30 分鐘。分別滴加 1：1混合的兔抗大鼠Fas(1:100)和小鼠抗大鼠HSP70(1:200)，設(shè)空白對照（無一抗，加PBS）和抗體特異性對照（加一抗不加二抗，加二抗不加一抗），所有切片同時染色。切片加入一抗后，置于濕盒內(nèi)，4℃過夜；取出后37℃復(fù)溫60 分鐘，0.01mol/L PBS振洗3次，每次5 分鐘；免疫熒光雙標記分別滴加 1:1混合的FITC標記的羊抗小鼠IgG和羅丹明標記羊抗兔IgG，37℃，40 分鐘；0.01mol/L PBS振洗3次，每次5 分鐘；10%緩沖甘油封片。

激光掃描共聚焦顯微鏡觀察：所用LSCM的型號為MRC-1024，裝有Zeis100顯微鏡，用于FITC的激發(fā)波長為488nm，568nm用于激發(fā)Texas Red，用于圖像采集的顯微鏡物鏡為Plan-Neofluar 40倍油浸鏡，數(shù)值孔徑（NA）為1.3，圖像存為512×512像素類型，焦距值設(shè)為1.0，若需要更大的放大倍數(shù)時，可以選擇更大的焦距值范圍，掃描所用的激光值依據(jù)樣本不同可以在共聚焦系統(tǒng)提供的梯值中選擇。

結(jié) 果

激光共聚焦顯微鏡觀察顯示：正常組胃黏膜組織細胞未見陽性表達，熱鹽水組在第12周，在細胞漿中可見HSP和Fas表達，呈均質(zhì)顆粒狀，到24、32及65周時表達更加明顯。雙標記中可見HSP和Fas共同表達。

討 論

研究認為，慢性萎縮性胃炎的病理形成主要是各種致病因素的長期刺激或繼發(fā)的宿主炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致胃黏膜深層損害和腺體破壞，使胃黏膜不能完全修復(fù)再生，從而形成胃黏膜腺體萎縮和（或）腸化生。慢性萎縮性胃炎與胃癌發(fā)生密切相關(guān)，被列為胃癌前狀態(tài)。

本研究采用激光掃描共聚焦顯微鏡檢測技術(shù)對胃黏膜上皮組織細胞HSP和Fas等蛋白進行了雙標記表達，利用計算機控制及圖像處理技術(shù)，實現(xiàn)圖像的優(yōu)化、三維重建和時空的程序控制，從而得到了細胞內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)的熒光圖像，其分辨率比以往光學成像的分辨率高出30%～40%，靈敏度高，為細胞和組織內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)的研究提供了新的技術(shù)和方法。

參考文獻

第5篇：激光檢測技術(shù)范文

（1）通過告警接口適配器來對光傳輸設(shè)備網(wǎng)管中的故障告警信號進行采集，一旦采集到了相關(guān)的故障信心，那么設(shè)備就會告警，然后啟動OTDR進行故障的掃描判斷，判斷出故障的大致位置，并進行定位，以便于工作人員比較準備的找到故障位置進行維修，但是，網(wǎng)管告警中經(jīng)常會有一些非光纜中斷的因素，所以這就對告警接口適配器提出了一些要求，必須能夠支持多種接口和協(xié)議，可以比較精確的翻譯出報警信息。

（2）跨段監(jiān)測和跨段故障掃描。通過對無源光器件或在光纜跨接處跳纖，就能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測多段連續(xù)的光纖線路的遠距離在線或者空閑纖芯的工作，針對不同的監(jiān)測方式，則必須要根據(jù)實際的情況對檢測的方法進行重新的設(shè)計，以實現(xiàn)跨段監(jiān)測，在線監(jiān)測只能測試一段業(yè)務(wù)信號，不能實現(xiàn)跨段監(jiān)測，只能實現(xiàn)跨段故障掃描，當使用在線檢測模式的時候，由于OTDR故障檢測信號和業(yè)務(wù)信號共用纖芯，跨段設(shè)計需要在跨段點上增加兩套無源的波分復(fù)用設(shè)備（FCM），使測試信號可以旁路。上面介紹的所有的測試方法，空閑芯檢測方法不影響相關(guān)光纖的正常工作，也不會對相關(guān)的傳輸信號造成干擾，系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，且構(gòu)造比較簡單，性價比高，且空閑芯檢測支持跨段監(jiān)測和跨段故障掃描，能夠擴大監(jiān)測的范圍，因此，當前這種方法應(yīng)用得最多。

2光纜通信監(jiān)測系統(tǒng)的硬件平臺

光纜通信檢測系統(tǒng)式整個電力通信網(wǎng)絡(luò)中一個非常重要的子系統(tǒng)，為了確保電力通信系統(tǒng)的正常運行，因此應(yīng)該有一個個系統(tǒng)能夠?qū)Υ笠?guī)模的光纖網(wǎng)絡(luò)資源進行管理和維護，且應(yīng)該支持多級管理和維護，以保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

（1）一級監(jiān)控中心。一級監(jiān)控中心主要負責大區(qū)域的監(jiān)測，去監(jiān)測多級多層的光纜網(wǎng)絡(luò)，并且要有一個與檢測規(guī)模相對應(yīng)的監(jiān)測中心，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)可以將各級的監(jiān)控中心有效的連接起來，并且將他們各自監(jiān)測到數(shù)據(jù)傳送到總的監(jiān)測中心，然后對故障進行分析判斷，并生成統(tǒng)計報表。

（2）二級監(jiān)控中心是一級監(jiān)控中心下面的一個子系統(tǒng)，它主要負責一定區(qū)域內(nèi)的光纖通信監(jiān)測系統(tǒng)，對這個區(qū)域之內(nèi)的光纜網(wǎng)絡(luò)進行自動的監(jiān)測、進行故障定位、數(shù)據(jù)管理等，并且接收來自相關(guān)監(jiān)測站點的告警信號和相關(guān)的數(shù)據(jù)，對發(fā)生的故障進行有效的統(tǒng)計和處理，并且生成報表。

（3）遠方監(jiān)測單元。遠方監(jiān)測單元主要是實現(xiàn)對相關(guān)纖芯的監(jiān)測，并對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行采集，然后根據(jù)采集的數(shù)據(jù)繪制出數(shù)據(jù)曲線，然后進行初級的分析，根據(jù)分析的結(jié)果對光纜線路進行遠程的控制等工作，通過DCN與上一級別的監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器的通信，支持上級監(jiān)測中心對本監(jiān)測站的光纜和RTU設(shè)備實施監(jiān)測和管理功能。主控單元：主控制單元主要指的是遠方監(jiān)測單元的主控制板，或者是負責遠方監(jiān)測單元監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)通信的一個服務(wù)中心，它具有網(wǎng)絡(luò)接口，以便于更好的進行數(shù)據(jù)的交換，進行遠程測試等工作；光切換單元：主要有兩種，分別是機械式光路切管開關(guān)和電磁式光路切管開關(guān)，機械式光路切管開關(guān)穩(wěn)定性好，且抗干擾，但是它的精度比較低，電磁式光路切管開關(guān)精度高、體積小、抗震性好，且不耗電不發(fā)熱，對于降低整個遠方監(jiān)測單元的發(fā)熱有幫助。

（4）光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的最大監(jiān)測距離計算。實際上，光纜自動檢測系統(tǒng)的最大監(jiān)測距離就是OTRD的極限有效檢測距離，因為在傳輸?shù)倪^程中可能會有光纜熔接頭損耗、傳輸衰耗等因素，所以它的最大有效傳輸距離應(yīng)該考慮這些因素。

（5）波分復(fù)用模塊。波分復(fù)用模塊主要是由光合波器和光濾波器等這些光纖被動元件組成的，針對和纖在線測試方式，F(xiàn)CM可以將OTDR故障掃描信號波與業(yè)務(wù)信號波耦合在一起注入到受測光纖中。通過在遠端光纜交叉點上設(shè)置FCM，可以實現(xiàn)跨段在線故障掃描。

3結(jié)語

第6篇：激光檢測技術(shù)范文

關(guān)鍵詞:光纖;混凝土面板;破損檢測

天生橋一級大壩混凝土面板L3/L4接縫在2003－2015年間頻繁出現(xiàn)局部擠壓破損情況，大壩混凝土面板L8/L9接縫在2005－2015年同樣間斷發(fā)生局部擠壓破損，由于壩體沉降變形及溫度膨脹等因素的影響，導(dǎo)致面板出現(xiàn)反復(fù)破損現(xiàn)象。目前大壩面板破損檢查的手段基本是采用水下機器人檢查結(jié)合人工面板水上檢查方式進行。特殊情況下采取潛水員水下檢查。但以上幾種檢查方式的頻率一般為每年1～2次，檢查間隔周期較長。在兩次檢查周期之間如果面板發(fā)生破損則不易被及時發(fā)現(xiàn)和處理，這種情況給大壩安全運行造成了一定的安全隱患。同時使用水下機器人檢查面板時，一般情況下檢查至水下10m左右后，面板表面開始出現(xiàn)較厚的浮渣覆蓋在面板上，水下機器人攝像頭不能看到面板運行情況。所以即使有裂縫或者破損發(fā)生，由于面板被浮渣覆蓋，機器人也不易發(fā)現(xiàn)問題，導(dǎo)致檢查效果受到制約，不能全面了解面板的運行狀況。采用潛水員進行檢查的方式，潛水員可以通過手觸摸被浮渣覆蓋的面板表面，發(fā)現(xiàn)面板破損情況，但通過潛水員水下檢查效率比較低，而且費用比較高，同時這種檢查方式風險比較高，特別是水深超過30m時，水下作業(yè)的風險更大，檢查深度受到制約且安全問題比較突出。為了克服以上技術(shù)困難，我們開始探索采用怎樣一種方法可以在面板浮渣較厚的情況下能發(fā)現(xiàn)水下面板裂縫或破損，同時希望能夠及時發(fā)現(xiàn)水下面板裂縫和破損情況，以便及時維護，為避免安全隱患創(chuàng)造有利條件。經(jīng)過分析研究和現(xiàn)場試驗，我們提供一種比較理想的技術(shù)可以克服以上困難，采用光纖測量面板破損技術(shù)可以實現(xiàn)面板破損檢測目的［1］。運用光纖測距技術(shù)，將光纖埋設(shè)在大壩混凝土面板內(nèi)部，定期測量光纖長度變化情況，當面板發(fā)生破損時，光纖在破損處產(chǎn)生新的斷點，利用光時域儀測量斷點距離變化則可以及時發(fā)現(xiàn)破損現(xiàn)象并計算出破損位置［2］。同時光纖測量技術(shù)在面板破損檢測中的運用能有效避免深水潛水檢查的安全隱患，增加面板測量頻率，光纖經(jīng)濟成本較低，安裝工藝簡單，可有效解決水下面板破損監(jiān)測問題。

1光纖測量面板破損技術(shù)

光纖測量大壩混凝土面板破損的原理是將光纖埋設(shè)在大壩面板內(nèi)部，當面板混凝土發(fā)生破損時，光纖因破損發(fā)生位移拉斷光纖，光纖產(chǎn)生新的斷點，采用光時域測距儀測量從發(fā)射信號到返回信號所用的時間，再確定光在玻璃物質(zhì)中的速度，就可以計算出距離，其計算公式為(1)式(1)中:c為光在真空中的速度;t為信號發(fā)射后到接收到信號(雙程)的總時間(兩值相乘除以2后就是單程的距離)。因為光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以為了精確地測量距離，被測的光纖必須要指明折射率(IOR)。IOR由光纖生產(chǎn)商來標明。光纖測量面板破損主要通過測量光纖長度的變化，及時發(fā)現(xiàn)破損情況，并可以通過換算，計算出面板破損的位置，這種方法的優(yōu)點如下。1)克服面板水下部分浮渣較厚，面板發(fā)生破損不易被發(fā)現(xiàn)的難題。2)光纖可埋設(shè)至水下較深深度，對深水區(qū)域進行破損測量，克服潛水員深水面板檢查的高風險問題。3)測量方便簡易，可以通過增加測量頻次，縮短面板檢查周期，及時掌握面板破損情況，避免安全隱患。4)光纖布設(shè)靈活，測量范圍廣。光纖測量技術(shù)在混凝土面板的運用，進步之處在于由常規(guī)的布點測量擴展至布線測量，通過優(yōu)化布設(shè)方法，可以使測量范圍由線到面，實現(xiàn)面板全面監(jiān)測。5)光纖埋設(shè)槽尺寸較小，一般為寬0．4cm，深5cm，面板平均深度為60cm，鋼筋保護層在15～20cm以下，所以不會對面板結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性造成影響，安全可靠。6)經(jīng)濟合理，光纖成本較低，安裝埋設(shè)工藝簡單，相對于潛水檢查光纖測量裝置不但可以避免風險，且運行成本較低。

2安裝埋設(shè)方法

以天生橋一級電站混凝土面板堆石壩為例，安裝埋設(shè)方法如下。1)天生橋一級死水位為731m高程，在上游庫水位到達較低高程時由潛水員下潛作業(yè)，用高壓水泵沖洗L3/L4面板接縫左右各1m，將面板表面浮渣清理干凈。2)潛水員下潛至710m高程，710m高程為歷年檢查發(fā)現(xiàn)面板擠壓破損的最低位置，在L3/L4面板接縫左右各50cm處開設(shè)光纖槽，光纖槽尺寸為寬0．4cm，深5cm，光纖槽長度為710m高程至780m高程，如圖1所示。潛水員將光纖埋設(shè)在光纖槽內(nèi)，用環(huán)氧砂漿回填。在棧橋設(shè)置集線箱，光纖另一端從710m高程引出經(jīng)面板表面接至集線箱內(nèi)以便測量。這種埋設(shè)方法的原理在于:如果光纖任意一點發(fā)生破損斷點，光纖可由另一端繼續(xù)測量從而可以實現(xiàn)此條檢測線路的多次測量，提高光纖測量使用率，如圖2、圖3所示。3)光纖的選型應(yīng)根據(jù)工程實際，重點關(guān)注所選光纖的拉應(yīng)力應(yīng)等于或小于所埋設(shè)的大壩混凝土面板拉應(yīng)力，這樣才能保證在混凝土面板發(fā)生破損的時候光纖同步被拉斷。4)工程施工分水上和水下兩部分。①水上部分。首先對面板混凝土進行鑿除和表面修整，然后水上部分回填C25混凝土，用鋼絲刷對面板凹坑進行清理，水上部分可用鋼絲刷或者電動刷將凹坑部分混凝土表面清理干凈，底部用水泥∶903乳膠=1∶0．5(重量比)的903聚合物水泥漿對待處理的凹坑混凝土基面進行打底(主要目的是回填混凝土與面板混凝土的粘結(jié)能力)。回填C25混凝土，具體混凝土級配為W325水泥∶W細沙∶W石子∶W水=1∶1．73∶4．05∶0．55，混凝土終凝后進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為一周;接縫混凝土表面達到干燥后，涂刷SR底膠。②水下部分。對面板混凝土進行鑿除和表面修整，用鋼絲刷對面板凹坑進行清理，用鋼絲刷將凹坑部分混凝土表面清理干凈，采用水下不分散聚合物混凝土(PBM)進行回填，用環(huán)氧涂料進行封邊。配料:根據(jù)現(xiàn)場的氣溫情況，調(diào)整PBM聚合物混凝土的流動度，使其在水下能達到自密實、自流平的效果?；静牧吓浔热绫?。安裝時應(yīng)注意在底部整平1～2cm，避免光纖折斷。5)光時域儀的品牌有中國41所、中電34所、天津德力、日本安立、日本橫河、美國信維、加拿大EXFO，美國JDSU等可根據(jù)工程情況對比選擇。

3光纖選型

測量光纖采用直徑為2．8、2．0、0．9mm的光纖試驗，2．8、2．0mm為GJFJV單芯光纜，使用單根900μm阻燃緊套光纖作為光傳輸介質(zhì)，外敷一層芳綸作為受力加強單元，最外擠制一層聚氯乙烯(PVC)護套而成，如圖4所示。0．9mm為GJFJV單芯光纜使用單根900μm阻燃緊套光纖作為光傳輸介質(zhì)，裸纖外層只有一層聚氯乙烯(PVC)護套。通過如下方法進行光纖測量選型試驗。1)制作混凝土試塊模型1，長50cm、寬30cm、高50cm，混凝土強度等級為C25，分別在4個角距離混凝土試塊距離邊緣5cm處埋設(shè)4條規(guī)格為2．8、2．0、0．9、0．9mm的光纖;混凝土試塊內(nèi)預(yù)設(shè)角鋼和套管螺栓，待混凝土試塊經(jīng)過28d養(yǎng)護后，用扳手擰動螺栓，使混凝土試塊產(chǎn)生拉應(yīng)力，直至混凝土試塊被拉裂為止，試驗結(jié)果為2．8mm光纖未被拉斷，2．0mm光纖在開合度超過6cm左右時才被拉斷，0．9mm光纖在開合度超過0．5cm時被拉斷。2)制作混凝土試塊模型2，長40cm、寬15cm、高15cm，混凝土強度等級為C25，在距離混凝土試塊距離邊緣5cm處開設(shè)光纖槽，光纖槽尺寸為寬0．4cm，深5cm，埋設(shè)2條規(guī)格為2．0mm、0．9mm的光纖，用環(huán)氧砂漿回填，混凝土試塊內(nèi)預(yù)設(shè)角鋼和套管螺栓，待混凝土試塊經(jīng)過28d養(yǎng)護后，用扳手擰動螺栓，使混凝土試塊產(chǎn)生拉應(yīng)力，直至混凝土試塊被拉裂為止，試驗結(jié)果為2．0mm光纖未被拉斷，0．9mm光纖在開合度超過0．5cm時被拉斷;試驗采用的光時域儀為AQ1200OTDR光時域反射儀，量程為0．5～200km，精度1m［3］。所以試驗時增加了一條1．5km的測試裸纖，采用FC接頭。

4結(jié)語

光纖自1870年英國物理學家丁達爾發(fā)明以來，在通訊、醫(yī)學、藝術(shù)、傳感器等諸多方面得到了廣泛的運用，光纖測量技術(shù)在混凝土面板的運用主要是利用了光纖最基本的原理，通過光時域測距儀測量從發(fā)射信號到返回信號所用的時間，再確定光在玻璃物質(zhì)中的速度，就可以計算出距離，通過光纖長度的變化，及時發(fā)現(xiàn)面板破損情況，并可以通過換算，計算出面板破損的位置。面板光纖選型主要注意抗拉性能要小于等于面板混凝土的抗拉性能，通過試驗得出埋設(shè)光纖應(yīng)選用0．9mmGJFJV單芯單模光纖。本光纖測量方法已申請專利，專利號為CN201120527126．6，這種方式的優(yōu)點在于可以克服水下檢查的諸多困難，縮短檢查周期和檢查費用，及時發(fā)現(xiàn)面板破損情況，同時通過合理的布設(shè)，可以將面板觀測線條化，甚至網(wǎng)格化以達到更全面掌握混凝土面板運行的目的，為大壩混凝土面板檢測提供一種操作簡便、費用較低的觀測方法。

參考文獻:

［1］郭利超，馬朝霞，周云鋒，等．通信光纜監(jiān)測管理一體化平臺設(shè)計與實現(xiàn)［J］．計算機測量與控制，2012，20(8):2213－2216

［2］秦雙華．OTDR測試原理與常見測試曲線簡析［J］．有線電視技術(shù)，2012(3):110－113

第7篇：激光檢測技術(shù)范文

關(guān)鍵詞 分布式光纖；災(zāi)害；監(jiān)測；應(yīng)用

中圖分類號X4 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）97-0207-02

0 引言

采用分布式光纖對災(zāi)害有關(guān)的各種自然因素變化數(shù)據(jù)進行監(jiān)視、監(jiān)測、測量，可以為災(zāi)害預(yù)報、預(yù)警提供重要依據(jù)。如，監(jiān)視隧道中電纜溫度的變化以預(yù)報線路運行狀態(tài)；監(jiān)視山體巖石的運動和應(yīng)力的變化以預(yù)報地震和山體滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷和地裂縫等。分布式光纖災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)是一種實時災(zāi)害預(yù)報傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用光纖作為傳感器，監(jiān)控沿光纖不同位置的應(yīng)力應(yīng)變的變化，與光纖傳輸系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的遙測和控制，連續(xù)測量光纖沿線各點產(chǎn)生的沉降、變形、滲漏、斷裂和侵蝕等工程問題。

1光纖應(yīng)變測量原理

光在光纖中傳播時，在反方向會產(chǎn)生散射光，包括了瑞利散射、布里淵散射和拉曼散射。大多數(shù)光纖傳感系統(tǒng)將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學性質(zhì)（如光的強度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的光信號，再利用被測量對光的傳輸特性施加的影響，完成測量。

光纖在外力作用下長度會發(fā)生變化，會隨負荷的變化產(chǎn)生伸長量，光纖伸長應(yīng)變ε由下式給出：

布里淵散射是光波與聲波在光纖中傳播時相互作用而產(chǎn)生的光散射過程，在注入光功率不高的情況下，光纖材料分子的布朗運動將產(chǎn)生聲學噪聲，當這種聲學噪聲在光纖中傳播時，其壓力差將引起光纖材料折射率的變化，從而對傳輸光產(chǎn)生自發(fā)散射作用，同時聲波在材料中的傳播將使壓力差及折射率變化呈現(xiàn)周期性，導(dǎo)致散射光頻率相對于傳輸光有一個多普勒頻移，由布里淵散射實驗原理可測出散射峰的頻移，線寬及強度。由頻移可直接算出聲速，而聲速主要依賴于光纖所受的應(yīng)力。 因此，布里淵頻移與光纖中的拉伸應(yīng)變密切相關(guān)。這里所說的應(yīng)變是指光纖長度方向上的拉伸應(yīng)變，而忽略橫向壓力引起的應(yīng)變，因為橫向應(yīng)力達到2.2kg/m時對布里淵頻移的影響仍很小。

2分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測原理

光纖應(yīng)變監(jiān)測使用單模光纖。光在單模光纖中傳輸除了受光纖本身的模內(nèi)色散（即材料色散和波導(dǎo)色散）的影響外，還會受到沿著光纜在光纜近處的各種振動、位移、應(yīng)力應(yīng)變及溫度的影響，這些影響最終導(dǎo)致光波的振幅、波長和傳播速度發(fā)生變化。

應(yīng)變監(jiān)測原理采用的是Brillouin散射光，布里淵散射同時受應(yīng)變和溫度的影響，當光纖沿線存在軸向應(yīng)變時，光纖中的背向布里淵散射光的頻率將發(fā)生漂移，頻率的漂移量與光纖應(yīng)變的變化呈良好的線性關(guān)系，因此通過測量光纖中的背向自然布里淵散射光的頻率漂移量（νB）就可以得到光纖沿線溫度和應(yīng)變的分布信息，應(yīng)變分析系統(tǒng)將這些信息收集起來并進行處理，就可以監(jiān)測光纖沿途所出現(xiàn)的各種位移、應(yīng)力應(yīng)變的情況，系統(tǒng)就會做出報警并對危害點準確定位。

3分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng)檢測原理是利用激光的散射現(xiàn)象。由外界影響光纜近處的振動、位移、應(yīng)力變化等都將改變光波在光纖中傳輸?shù)臈l件，從而改變了光波的散射，波長等參數(shù)。

分布式光纖應(yīng)力應(yīng)變傳感系統(tǒng)組成：

1）將GFRP分布式應(yīng)變傳感光纜布放在需要監(jiān)控的山體上，同時利用光纖來感測信號和傳輸信號；

2）采用先進的OTDR技術(shù)和Brillouin散射光對應(yīng)變敏感的特性，使用傳感分析儀探測出沿著光纖不同位置的應(yīng)力應(yīng)變的變化，監(jiān)測光纖的變形，推斷山體的變化。

4 應(yīng)用場合及方法

在BOTDR光纖監(jiān)測系統(tǒng)中，光纖同時作為傳感元件和傳輸介質(zhì)，便于分布式監(jiān)測，可以與通信傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，達到系統(tǒng)遙測、實現(xiàn)無人執(zhí)機控制的目的。此外，光纖體積小、柔軟可彎曲，能夠容易的復(fù)合在基體結(jié)構(gòu)，而不影響基體的性能，連續(xù)測量光纖沿線各點的產(chǎn)生的沉降、變形、滲漏、斷裂和侵蝕等工程問題。

目前，國外產(chǎn)品的測量距離在1km～30km范圍內(nèi)，空間定位精度達到1m之內(nèi)，應(yīng)變分辨率達到2με。具有不間斷的自動測量的特點，特別適用于需要大長度、大面積、多點監(jiān)測的應(yīng)用場合。這種光纖傳感技術(shù)采用緊套G625單模光纖，根據(jù)布放環(huán)境可以采用鋼帶鎧裝層增加強度，因而，在各種特殊場合都具有廣泛的應(yīng)用前景。

山體滑坡監(jiān)測的應(yīng)用：光纖被錨定在山體上，監(jiān)測光纖的變形推斷山體的變化。

隧道安全監(jiān)測的應(yīng)用（應(yīng)變與位移）：光纖沿隧道布放，監(jiān)測光纖的應(yīng)變和位移推斷隧道安全狀態(tài)。

由于分布式光纖溫度應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)（BOTDR）所使用的傳感介質(zhì)是光纖，所以它可以應(yīng)用于各種場合，系統(tǒng)可以測試測量應(yīng)力應(yīng)變，并且分布式測量。

5 結(jié)論

分布式光纖應(yīng)變?yōu)暮ΡO(jiān)測技術(shù)在國外已廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)已經(jīng)起步并開始應(yīng)用。可以預(yù)計的應(yīng)用場合包括地鐵沿線隧道環(huán)境應(yīng)變的監(jiān)測；地震多發(fā)地區(qū)的山體運動的監(jiān)測，山區(qū)鐵路沿線山體狀態(tài)的監(jiān)測；山區(qū)泥石流易發(fā)生路基損壞狀態(tài)的監(jiān)測等等。相信隨著該技術(shù)的成熟和推廣，將對我國各種自然災(zāi)害的發(fā)生能啟動預(yù)警發(fā)揮重大作用，同時對災(zāi)害多發(fā)區(qū)的公路、鐵路運行等做出重要貢獻。

參考文獻

第8篇：激光檢測技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】 光電檢測技術(shù) 課程設(shè)計 教學方法 評價與效果

《光電檢測技術(shù)》將光學技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，是一門應(yīng)用性很強的學科，與人類的生產(chǎn)和生活緊密聯(lián)系，是光信息科學與技術(shù)專業(yè)學生必須掌握的一門知識。為了加強課程的實踐性，使學生在學習課本上基本的理論知識外能夠?qū)W以致用，組織《光電檢測技術(shù)》課程設(shè)計就凸顯出其必要性，而在課程設(shè)計中選題尤為重要。在課程改革和提倡素質(zhì)教育的背景下，傳統(tǒng)的滿堂灌的教學方法早已不適用。為了在教學過程中提高課程教學的質(zhì)量，就需要教育者們在教學內(nèi)容、教學方法及教學手段的選擇方面進行探索和改革。

1 《光電檢測技術(shù)》課程設(shè)計的選題

《光電檢測技術(shù)》是一門理論性和應(yīng)用型都很強的學科，學生在學習起來比較難，但它的應(yīng)用范圍很廣，與人們的生產(chǎn)和生活密切聯(lián)系。如果能加強《光電檢測技術(shù)》課程的實踐性，在教授理論知識同時，讓學生自己動手實踐，親自體驗光電檢測技術(shù)的奧妙，這將大大提高學生的學習積極性，既能鞏固理論知識，又能把理論和實踐緊密地結(jié)合起來。組織《光電檢測技術(shù)》課程設(shè)計對于提高《光電檢測技術(shù)》課程的實踐性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力具有重要作用，而在進行課程設(shè)計時課程設(shè)計的選題尤為重要。

首先，老師應(yīng)該提供可供學生選擇的題目。很多老師都有自己的科研項目，在組織課程設(shè)計時老師可以把科研和教學結(jié)合起來，把與科研項目有關(guān)的內(nèi)容作為學生課程設(shè)計的題目。

第二，學生在選題的時候，要把老師提供的題目范圍、自己的興趣和實踐能力三者結(jié)合起來綜合考慮，這對促進課程設(shè)計的成功意義重大。

最后，學生根據(jù)自己的選題，利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)中的資源結(jié)合自己的所學，按照老師的設(shè)計要求在規(guī)定時間內(nèi)完成課程設(shè)計。

2 《光電檢測技術(shù)》課程教學方法

2.1 合理選擇與安排教學內(nèi)容

光電檢測技術(shù)內(nèi)容多而復(fù)雜，不僅涉及到光學和電子學，還與計算機等其他學科緊密聯(lián)系。在學校規(guī)定的課時內(nèi)完成這門課程的學習，時間緊、任務(wù)重，學生學習起來難度很大。只有合理選擇和安排教學內(nèi)容，才能在有限的時間內(nèi)完成教學任務(wù)。

首先，在授課的開始，就應(yīng)該讓學生從整體上把握光電檢測技術(shù)，讓學生理解各章節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成完整的知識結(jié)構(gòu)體系。

其次，光電檢測技術(shù)知識面太廣，在教學中如果“胡子眉毛一把抓”，學生們會覺得知識亂而雜，所以，在教授這門課程時要采取“彈鋼琴”的辦法，去粗取精，少講精講，突出教學重點。

最后，光電檢測技術(shù)與最新技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，但是課本上的知識比較陳舊，與時展脫節(jié)，這就對授課老師提出了新要求。老師不僅要精通于課程內(nèi)的知識，還要與時俱進，了解最新科研結(jié)果和光電檢測技術(shù)的發(fā)展方向，并及時給學生進行補充。另外老師自己也可以申請科研項目，提高自己的科研能力，把自己的教學科研結(jié)合起來。

2.2 加強理論教學，開展啟發(fā)式教學

光電檢測技術(shù)本身理論性很強，而且它涉及的知識面廣，知識點多而零散，學生理解和記憶起來很有難度。為了提高教學效率，老師應(yīng)當能夠幫助學生建構(gòu)光電檢測技術(shù)知識的整體框架，在講解具體知識時要能夠去粗取精，把復(fù)雜的知識簡單化，鞏固學生的理論知識基礎(chǔ)。另外，老師應(yīng)該認真地組織教學活動，設(shè)計教學活動的各個環(huán)節(jié)，使原本枯燥的課堂富有趣味性。

啟發(fā)式教學中，老師只是起到指向性作用，老師從課堂的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂的參與者，學生由被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習，這充分體現(xiàn)了學生的主體性，符合新課改的要求。另外，啟發(fā)式教學由老師提出問題，并引導(dǎo)學生思考，一步步接近正確答案，這個過程本身有利于讓學生養(yǎng)成自己動腦思考和自主學習習慣。

2.3 借助多媒體手段，提高學生學習興趣

多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)的板書相比具有其獨特的優(yōu)勢。傳統(tǒng)板書的書寫占用了課堂的大量時間，且主要起到書寫提綱的作用；多媒體技術(shù)本身方便快捷節(jié)省了書寫板書的時間，提高了教學效率。另外，多媒體技術(shù)具有圖、文、聲、像等多種效果，一方面可以增加課堂的趣味性，提高學生學習興趣，把抽象知識具體化，方便學生理解和記憶，大大改善教學效果；另一方面，又可以擴大教學的信息量，豐富課堂內(nèi)容。例如，通過多媒體動畫來介紹和演示光電效應(yīng)能夠讓學生通過自己的感官來親自體驗光電效應(yīng)，使原本抽象的知識形象生動，既能激發(fā)學生學習興趣，又能加深學生對課本理論知識的理解和記憶。

2.4 加強實踐環(huán)節(jié)，鞏固理論知識

真理必須能夠經(jīng)受得起實踐的檢驗，《光電檢測技術(shù)》具有很強的應(yīng)用性，所以在教學活動中加強實踐環(huán)節(jié)，這對學生學以致用意識的形成和學生動手能力的培養(yǎng)具有重要意義。例如，學生進行實驗時，除了讓學生按照課本上寫好的內(nèi)容和實驗原理進行驗證實驗外，老師還可以讓學生根據(jù)自己的興趣選擇一個主題進行實驗，這樣既能完成教學任務(wù)又能使課本上的理論知識得到鞏固，還能培養(yǎng)學生用學到的知識解決實際問題的能力。另外，老師在教授理論知識時，可以舉一些與實際生活相聯(lián)系的例子，或者給學生布置任務(wù)，讓學生通過自己實踐來驗證課本上的理論知識?？傊谡n程實施中應(yīng)該把理論和實際緊密聯(lián)系起來。

3 《光電檢測技術(shù)》課程探索的評價與效果

筆者認真研讀了相關(guān)學者文獻資料，并根據(jù)自己教學實踐，認為進行課題設(shè)計，合理組織安排教學內(nèi)容，選擇科學的教學方法，進行啟發(fā)式教學，把理論應(yīng)用于實踐對于激發(fā)學生的學習興趣，提高課堂的教學效率，改善教學效果具有重要意義。在實踐中，學生改變了對《光電檢測技術(shù)》的刻板印象，在學習的過程中感受到了《光電檢測技術(shù)》的神奇性和課程的活力。

4 結(jié)語

《光電檢測技術(shù)》課程是一門理論性和應(yīng)用性很強的課程，也是廣大理工科學生應(yīng)當掌握的專業(yè)知識。針對這樣一門內(nèi)容廣，知識點多的課程，眾多學者們一直在探索如何從教學內(nèi)容、教學方法、教學手段上進行改革，使《光電檢測技術(shù)》課程具有活力和吸引力。

參考文獻：

第9篇：激光檢測技術(shù)范文

關(guān)鍵字：激光跟蹤儀 校準技術(shù) 機床

1.引言

高精度加工設(shè)備經(jīng)過一段時間的使用以后，由于使用中的磨損、變形和環(huán)境等因素會導(dǎo)致加工設(shè)備的加工精度大幅度降低，所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品精度也會降低。隨著我國現(xiàn)代制造業(yè)的高速發(fā)展和加工訂單的不斷增多，對這些加工設(shè)備進行檢測的要求也越來越高，而以往的檢測手段很難滿足現(xiàn)代工業(yè)檢測的需要。目前，笛卡爾三坐標測量機及現(xiàn)場測量夾具主要用于測量機床幾何精度，而笛卡爾三坐標測量機由于三根導(dǎo)軌和安裝環(huán)境的限制導(dǎo)致其量程受限，而且測量效率相對比較低，并且只能進行小樣本檢測，對于高頻次的故障容易漏檢;特別是不能進行現(xiàn)場測量，無法對生產(chǎn)車間的機床進行有效地精度檢測。因此，如何才能有效、精確的對機床加工設(shè)備進行檢測已經(jīng)成為當前必須解決的難題。激光跟蹤測量系統(tǒng)在解決該難題時提供了新的方法。激光跟蹤測量系統(tǒng)是一種新型的三維測量系統(tǒng)目前己被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的檢測中。

2.激光跟蹤儀校準技術(shù)

2.1 激光跟蹤儀誤差分析

當對同一量值進行反復(fù)多次的測量時，會得到一系列有規(guī)律的不同測量值(通常稱為測量列)，每個測量值都是包含一定的誤差，這些誤差是隨機出現(xiàn)的，即前一個誤差與下一個誤差之間不存在任何的關(guān)系，也就是說不能預(yù)測下一個誤差的大小和方向。但是對于誤差的總體來說，卻具有一定的統(tǒng)計規(guī)律性。隨機誤差是由很多目前還沒有掌握或不便掌握的微小因素所構(gòu)成。激光跟蹤儀測量裝置方面的因素包括零部件配合的不穩(wěn)定性、零部件的磨損變形等。環(huán)境方面的因素是指溫度的波動、濕度和氣壓變化、灰塵以及地基的不穩(wěn)等;人員方面的因素是指測量人員在測量和讀數(shù)時的不穩(wěn)定。

系統(tǒng)誤差是由一些按確定規(guī)律變化或固定不變的因素所引起，這些誤差因素是可以掌握和控制的。這些誤差包括像激光跟蹤儀零件制造和安裝不正確，垂直軸與水平軸不正交、跟蹤鏡不通過水平軸與垂直軸的交點、出射激光與垂直軸正交時，垂直度盤的指示光柵與垂直軸不平行等都是激光跟蹤儀設(shè)計上的缺陷;測量時的實際溫度對標準溫度的偏差、測量過程中溫度、濕度等按一定規(guī)律變化的誤差。采用近似測量方法或近似的計算公式等引起的誤差。

2.2激光跟蹤儀校準

激光跟蹤儀校準有兩點校準法、雙面測量法等。根據(jù)現(xiàn)有的實驗條件，采用與高精度(2.7 um)的GS9127型三坐標測量機(CMM)進行比對來完成校準工作。具體方法為:CMM分別做X, Y, Z軸向運動，反射鏡(SMR)固定在測頭上，而激光跟蹤儀安裝在距CMM工作臺5m處，CMM提供標準長度，激光跟蹤儀給出實測值，經(jīng)比較計算后可得到不同位置的距離誤差。

為了校驗LTS的激光干涉儀測量的長度，將LTS放置在CMM的X軸延長線上，CMM沿X軸向運動100 mm，步距為100 mm。跟蹤頭沿光軸向跟蹤SMR，采集各點坐標，經(jīng)計算得到長度誤差。結(jié)果顯示，最大長度誤差為14.9um，稍微超過了儀器的出廠精度。

為了校驗LTS的方位角度，使CMM沿Y軸向運動1000mm，步距為100 mm，如圖1所示。LTS跟蹤頭繞方位軸轉(zhuǎn)動，跟蹤SMR并給出實測值，經(jīng)計算得到長度誤差。結(jié)果顯示，最大的長度誤差為14.2um ,滿足儀器的設(shè)計精度。根據(jù)二角幾何關(guān)系，可以算出角度誤差。

圖1 激光跟蹤儀角度校準

3.機床檢測

利用激光跟蹤儀對某大型機床進行現(xiàn)場檢測。機床誤差的檢測方法可以分為單項誤差測量和綜合誤差測量兩種，單項誤差測量就是檢測各項誤差的分量，而綜合誤差檢測是檢測機床作圓插補運動時的輪廓精度。一般來講，單項誤差測量更精確，其測量原理更簡單明了。因此，我們測量車床溜板箱上工作平臺在橫向(X軸)和縱向(Y軸)方向的移動直線度。

在測量該臥式車床之前，首先，需要根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境確定激光跟蹤儀的安裝位置，并放置好儀器。要求盡量安放在風速較小、無塵、無熱源、無干擾的位置，確保測量的順利進行;其次，通過內(nèi)置的電子水平儀將激光跟蹤頭調(diào)整到水平狀態(tài);最后，通過對激光跟蹤儀進行定點誤差補償，減小激光跟蹤儀的系統(tǒng)誤差和隨機誤差，消除溫度和濕度對測量的影響，從而提高機床測量精度。本次檢測機床，激光跟蹤儀放置在距車床約3m處。然后檢查儀器的各種連接線路，確保正確后打開儀器并進行定點補償;補償完畢后，設(shè)置測量模式。

使機床溜板箱工作臺分別沿X軸運動和沿Y軸運動。靶鏡固定在車床溜板箱工作平臺上，車床提供標準長度，激光跟蹤儀測出各點的空間位置，并擬合成直線，用CAM 2rneasure軟件功能得出各段直線的水平面直線度。車床溜板箱工作臺沿X軸向進給距離600mm,步距6mm,激光跟蹤儀在IMF測量模式下采集數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)(各點的實際空間坐標)擬合成直線，然后用自帶軟件計算出此方向上的水平面直線度，通過數(shù)據(jù)處理，得到進給不同距離的直線度誤差曲線。記過計算分析得到，在IFM測量模式下，工作臺最大行程的水平面直線度為0.0714mm，在600mm的行程內(nèi)最大水平面直線度為0.0654mm。在與該車床設(shè)計說明書上的允許誤差進行比較，機床工作臺在X軸方向的直線度不滿足使用加工精度要求，建議廠方對其進行再調(diào)整。同理，對Y軸進行檢測其結(jié)果為精度滿足使用要求。

4.總結(jié)

利用便攜式的激光跟蹤儀高效地對生產(chǎn)現(xiàn)場的大型機床進行檢測。激光跟蹤儀檢測結(jié)果表明，車床刀具工作臺在X軸進給方向直線度不滿足要求，需要進行調(diào)整;而在Y軸也即床身導(dǎo)軌的直線度滿足使用要求，勿需進行調(diào)整。激光跟蹤儀不僅能對現(xiàn)場的機床進行快速的精度檢測，而目也能對不易搬動的夾具和生產(chǎn)線進行測量。

參考文獻：

1.陳素艷，激光跟蹤測量系統(tǒng)的原理及其在機床檢測中的應(yīng)用工具技術(shù) 2008

2.孫大許，激光跟蹤側(cè)量系統(tǒng)原理及在制造業(yè)中的應(yīng)用 機械 2005

3）計算特征值和貢獻率

表 5 旋轉(zhuǎn)后的主成分特征值

由圖表可以看出，前四個主成分的累計貢獻率以及達到 ，因此取取前四個主成分來進行評價。

4）最大方差正交旋轉(zhuǎn)

在分析過程中采用最大方差正交旋轉(zhuǎn)法，得到8種重金屬元素旋轉(zhuǎn)后的主成分載荷矩陣，見表6。

表6旋轉(zhuǎn)后的主成分載荷矩陣

通過最大方差正交旋轉(zhuǎn)，我們觀察得到，在第一主成分上有相對較高載荷的是 ，在第三主成分上有相對較高載荷的是 ，在第四主成分上有相對較高載荷的是 ，值得注意的是 和 對四種主成分的載荷相差不大，這說明 和 土壤含量可能受多種因素影響。

5)主成分綜合評分

四種主成分在各個功能區(qū)的得分，見表7

表7 四大主成分在五個功能區(qū)中的得分

5）模型結(jié)果分析

由第一主成分在不同功能區(qū)的平均得分情況可以得出第一主成分在工業(yè)區(qū)得分最高，則說明 三種重金屬元素的污染最主要是由工業(yè)區(qū)的活動造成的，如工業(yè)廢氣、廢水、廢渣的排放等原因。在主干道路上和生活區(qū)也有較高的得分，則有較大把握說明 三種重金屬元素的污染與機動車輛的運動、車輛的機械磨損以及生活廢棄物的堆放有關(guān)。

由第三主成分在不同功能區(qū)的平均得分情況易得第三主成分在工業(yè)區(qū)和公共綠地區(qū)的得分相對較高，則有較大把握說明 元素的污染與工業(yè)區(qū)礦場開采，含砷廢水、煙塵的排放以及農(nóng)藥噴灑有關(guān)系。

由第四主成分在不同功能區(qū)的得分情況可以看出第四主成分在工業(yè)區(qū)得分相對較高，有較大把握說明 重金屬元素與工業(yè)廢氣、廢水、廢渣的不當排放有關(guān)。

綜上所述，我們可以該城區(qū)重金屬污染主要來源于工業(yè)區(qū)“三廢”的排放所產(chǎn)生的重金屬積累。

參考文獻：