光谱共焦位移传感器的原理及应用领域

任何行业的出现和发展都离不开科技的进步，这也是市场需求不断扩大对行业的推动，促使相关人员不断更新产品。光谱共焦位移传感器的发展也在日新月异。

光谱共焦位移传感器原理：

一束白光（或多波长混合光）通过一个小孔，通过透镜聚焦光轴上的不同波长，色散形成彩虹分布带，照射到样品上，部分反射光反射回来；照射在光轴与物体表面交叉处的光通过分光部分，并通过小孔照射到光谱分析仪。根据波长计算，可以获得从透镜到被测物体的距离。在光轴和物体表面的交叉处没有未照明的光线通过分裂部分，并在另一个小孔周围被阻挡。

光谱共焦位移传感器系统组成：

在光谱共焦传感器BC556系统中，系统的测量范围受到四个因素的影响：光源的光谱分布范围、工作频带色散透镜的轴向色差、光谱仪的工作频带、光纤耦合器的工作频带。选择白光LED光谱分布波长范围为400-800nm。因此，在光谱共焦传感器的设计过程中，色散透镜、光谱仪和光纤耦合器的工作波段应与光源的波段尽可能一致。该系统的测量范围是其常见的色散镜。光谱共焦传感器在工作波段范围内的轴向色差。

在设计色散透镜时，光谱共焦传感器不仅要考虑轴向色差，还要考虑以下因素：一是增加物侧数值孔径可以提高分辨率；其次，增加图像侧数值孔径可以提高光源的利用率；然后减少系统的球差，提高精度；光谱共焦传感器的系统结构应易于组装和调整。

如果我们想纠正球差系统，系统和结构将变得复杂，因此光谱共焦传感器的色散透镜设计的目的是使用很少的透镜来达到更好的效果。光谱共焦传感器的光学系统可以看作是两个部分。一部分是色差消除镜，聚焦在光源上，点光源准直成平行光，另一部分是色散镜。它的功能是将波长的平行光聚焦在轴上的不同位置，从而产生光谱色散，这可以通过色差消除透镜和非球面透镜来实现。并选择光源波段内高耦合效率的光纤耦合器，分辨率为0.5nm的光谱仪。

光谱共焦位移传感器的应用领域：

1.表面粗糙度测量应用表面粗糙度是指零件在加工过程中由于加工方法的不同，机床和刀具的精度、工件加工表面振动、磨损等因素形成的微水平状态，间距小，峰谷小，是衡量表面质量的重要指标，关系零件的磨损、密封、润滑、疲劳、研和等机械性能。表面粗糙度测量可分为接触式测量和非接触式测量。触摸针接触测量容易划伤测量表面、针尖易磨损、测量效率低、无法测量复杂表面，可以相对实现非接触测量、高效、在线实时测量已成为未来粗糙度测量的发展方向。目前常用的非接触法主要有干涉法、散射法、散斑法、聚焦法等。其中，聚焦法简单实用。光谱共焦位移传感器用于测量膜气表阀盖的粗糙度，以确定阀盖的密封是否合格，并取得一定的效果。基于光谱共焦传感器，采用二维纳米测量定位装置对粗糙度样品块的表面粗糙度进行非接触测量，并对测量结果进行不确定性评价U95为13.9%。

2.随着加工水平的发展，越来越多的小复杂工件需要进行轮廓测量和精密尺寸测量，如测量小圆的倒角、测量小工件的内壁槽尺寸。一些精密的光学元件也需要测量非接触式轮廓，以避免在接触测量过程中划伤光学表面。光谱共焦传感器可用于解决传统传感器难以解决的这些测量问题。针对涡轮轮盘轮廓检测的问题，采用光谱共焦位移传感器，实现涡轮轮盘轮廓在线检测系统的设计。光谱共焦传感器作为测量头，通过自建的二维纳米测量定位装置，实现超精密零件的二维尺寸测量。采用激光共焦位移计，结合二维精密控制微平台，扫描西汉太阳镜表面起伏深度，探索光镜反射成像原理。

3.由于光谱共焦传感器对不同反射面反射的单色光的波长不同，因此薄膜材料的厚度测量具有独特的优点。光学玻璃.生物薄膜.对于平行平板电脑等，两个反射表面反射不同波长的单色光，然后只有一个传感器可以计算厚度，测量精度可以达到微米水平，不会损坏测量表面。讨论了使用光谱共焦位移传感器测量透明材料厚度的应用，计算出系统的测量误差范围约为0.005mm。它提供了一种利用光谱共焦传感器测量平行平板电脑和光学透镜中心厚度的方法，并理论分析了被测物体材料的色散对厚度测量精度的影响。

为了探索由流体下降模式制备的薄膜厚度和下降模式、雷诺数对于底板倾斜角度之间的关系，光谱共焦传感器用于实时监测薄膜厚度和厚度和实验装置。顶部安装的白光共焦传感器组厚度为10~100μm准确测量金属薄膜的厚度和分布，分析测量的不确定度，得到系统的测量不确定度为0.12μm左右。光谱共焦技术建立了一套轴向距离和波长的编码规则，是一种高精度的编码规则非接触式光学测量技术。基于光谱共焦技术的传感器是一种亚微米级传感器，表面微观形状广泛应用于传感器的快速准确测量、厚度测量、位移测量、在线监测和过程控制等工业测量领域。展望未来，随着光谱共焦传感技术的发展，必将出现在微电子领域、线宽测量、纳米测试、超精几何测量等领域应用较多。

位移传感器应用领域光谱反射接触精度

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