现代光学测试技术范文

导语：如何才能写好一篇现代光学测试技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

一、招生人数

学院2016年计划招收博士研究生46名，实际招生人数以总部下达计划为准。

二、报考条件

我院博士研究生只面向现役军人招生，报考2016年博士研究生应当具备以下条件：

1、品德优良，遵纪守法，立志献身国防事业；未受过纪律处分。

2、军队在职干部按师（旅）级单位推荐、军级单位政治部审批、军区级单位政治部干部部门核准、总政治部干部部备案的程序进行审批，由师（旅）级单位干部部门开具介绍信。军队院校应届硕士毕业生经所在院校政治机关审批同意。

3、身体健康，体能达标，年龄不超过40周岁（1976年9月1日以后出生）。

4、在职干部须获得硕士学位，其中本院在职干部报考工学博士须有被SCI或EI收录的以第一作者发表的学术论文；应届硕士毕业生须完成学位论文初稿，在中文核心期刊（含录用通知）或国际会议发表2篇以上学术论文。

5、有两名与报考学科相关的高职人员推荐。

三、报名手续

考生持公民身份证和军官证（学员证）于2015年9月20日至30日到学院教学实验综合楼研究生招生办公室（1127室）报名，外地考生可函报。报名时应提交：

1、填制完毕的《2016年报考攻读博士学位研究生登记表》和《报考军队院校研究生政治审查表》（9月1日后，院内考生可从学院研究生处网站下载；院外考生可来电索要）。

2、已获硕士学位者，提交硕士课程成绩单、硕士学位论文及评阅意见书复印件；应届硕士毕业生提交硕士课程成绩单、硕士学位论文初稿、已发表学术论文版权页或录用通知。

3、硕士学历、学位证书原件及复印件(应届生于获得证书后补交)。

4、档案所在师（旅）级单位干部部门同意报考的证明信。

5、一寸正面半身免冠照片3张，报名费300元。

上述手续齐备，审查合格者发放准考通知，考生可于10月9日到研招办领取《准考证》。

四、考试安排

博士研究生入学考试总分值为600分，包括六项内容：英语笔试、数学笔试、科研学术成果计分、硕士学位论文评分、专业综合面试、综合素质面试，每项内容满分100分。

考试时间拟定于2015年10月11至12日，考试地点和具体安排详见《准考证》。

五、其他

1、考生可于2015年11月初查询录取情况，入学时间为2016年3月份（详见通知书）。

2、我院提供部分往年考试试题，考生可登录学院研究生处网站下载。

六、联系方式

联系人：谭继帅（参谋） 手机：13831189507座机：0311-87992123（地）；0221-92123（军）

E-mail：tanjishuai@126.com 通信地址：河北省石家庄市和平西路97号研究生招生办公室（050003）

招生专业目录

专业代码、名称及研究方向

导师

专业综合（面试）

数学（笔试）

080200机械工程

01机械性能检测与诊断

张英堂

测试技术与信号处理

矩阵理论

02地面运载平台维修理论与技术

张培林

状态监测与智能诊断技术

03机械振动与冲击防护

白鸿柏

振动理论

04机电液集成系统控制技术

何忠波

车辆工程

05机械制造及其自动化

倪新华

断裂力学

080300光学工程

01军用光电系统设计与应用

刘秉琦

陈志斌

应用光学、物理光学、光电测试技术

矩阵理论

02激光技术

沈学举

激光原理及应用

03光学信息安全

光学信息技术原理与应用、光学信息安全

04微纳光学

汪岳峰

光电子技术

080402测试计量技术及仪器

01测试性设计与分析

黄考利

测试技术

矩阵理论

02精密仪器与微系统

王广龙

03装备状态监测与故障预测

李洪儒

测试与诊断技术

矩阵理论或应用数理统计

04网络安全技术

王  韬

计算机网络

081100控制科学与工程

01装备测试与故障诊断

尚朝轩

测试与诊断

矩阵理论或应用数理统计

02火力与指挥控制理论及应用

全厚德

孙世宇

数字信号处理

矩阵理论

03武器系统建模与仿真

朱元昌

系统仿真

04电子装备自动测试、故障诊断及可靠性

蔡金燕

测试与诊断

05目标识别与信息处理技术

王春平

图像工程

06精确制导理论与技术

杨锁昌

精确制导、控制与仿真技术

07无人机数据链抗干扰技术

陈自力

线性系统理论、数字信号处理

08目标探测与识别

马彦恒

数字信号处理、现代控制理论

09飞行器控制

齐晓慧

线性系统理论

10无人机协同控制

李小民

现代飞行控制理论、导航控制技术

11无人机信息处理与传输技术

王长龙

数字信号处理

12非线性系统的稳定性与控制

徐  瑞

动力系统的稳定性理论

082600兵器科学与技术

01装备轻量化技术

郑  坚

火炮与自动武器原理、材料学

应用数理统计

02兵器试验理论与技术

秦俊奇

火炮专业相关理论

矩阵理论

03装备维修理论与技术

陶凤和

火炮与自动武器原理、现代机械测试技术

04兵器性能检测与诊断技术

房立清

机械装备故障诊断与预测、武器系统装备知识

应用数理统计

冯广斌

火炮与自动武器原理、工程信号处理、现代机械测试技术

矩阵理论

05兵器结构动力学理论与应用

王瑞林

枪炮设计原理、振动理论、电磁场理论

06武器系统仿真与虚拟样机技术

马吉胜

振动理论、动力学仿真

07弹道学理论及应用

宋卫东

弹道学理论、制导理论与技术

08弹道修正理论与技术

弹道学、自动控制与导弹设计理论

矩阵理论或应用数理统计

09兵器性能检测与故障诊断

唐力伟

振动理论

10兵器新材料技术

王建江

材料学

应用数理统计

11弹药系统设计与试验评估

高欣宝

系统仿真技术及其在信息化弹药工程中的应用

矩阵理论

罗兴柏

爆炸及其防护技术在弹药保障中的应用

12弹药保障与安全技术

安振涛

炸药理论、弹药保障及安全风险评估

穆希辉

弹药保障

矩阵理论或应用数理统计

13信息感知与控制技术

齐杏林

弹药引信论证、设计、试验及评估理论与技术

14防护材料与特种能源技术

杜仕国

防护材料与特种能源技术及其在弹药工程中的应用

矩阵理论

15电磁发射理论与技术

雷  彬

电磁场理论、测试技术

16武器系统建模与仿真

苏群星

武器系统仿真与模拟器设计

17红外图像末制导技术

高  敏

弹道学、自动控制与导弹设计理论

矩阵理论或应用数理统计

18装备维修保障理论与技术

贾希胜

石  全

康建设

赵建民

可靠性、维修性、维修工程

应用数理统计

朱小冬

可靠性、维修性、维修工程、建模与仿真

矩阵理论或应用数理统计

19装备维修性理论与应用

郝建平

可靠性、维修性、维修工程、虚拟仿真

20电磁防护理论与技术

刘尚合

魏光辉

电磁场理论、微波与天线

矩阵理论

王庆国

大学物理、有机化学、固体物理、电磁场理论

谭志良

电子技术基础、通信原理、微波与天线

21脉冲电磁场测试技术

朱长青

电路分析、电磁场理论和微波技术、数电模电

110900军事装备学

01装备保障信息化

卢  昱

网络信息安全保障

军事运筹学

02装备保障理论与应用

石  全

军事装备学、战役基本理论

应用数理统计或军事运筹学

于永利

可靠性、维修性、维修工程、建模与仿真

军事运筹学

柏彦奇

高  崎

篇2

关键词:激光球面干涉仪;等厚干涉;光学零件面形;干涉仪器;精度分析

中图分类号:TH744文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)24-0191-03

1检测仪器

1.1激光球面干涉仪

1.1.1干涉仪的分类干涉仪的设计方式有许多种,按照形成干涉的光束数目分为双光束及多光束两大类,双光束干涉仪所产生的条纹其亮度多呈正弦曲线的分布情形。其基本原理都是通过各种光学元件形成参考和检测光路的方法。就是采用了一种常见的干涉方式制成的,一般称为菲索干涉仪,这种干涉仪一般用来检测元件表面或光学系统的波相差。由于所用激光的带宽很窄,因此它的相干长度很长可以在光程差很大的情况下得到干涉图样,对待测物体放置的要求不是很严格。泰曼格林干涉仪、菲索干涉仪、麦克詹达干涉仪及麦克森干涉仪,皆属于此种双光束干涉方式。

1.1.2干涉仪检测光学零件表面的优点

其一,它是非接触监测,不会损伤被探测物体表面。

其二,它获取数据的信息量大,图样本身是一个连续变化的过程,有着极高的分辨率。

其三,测量范围大,它可以同时对一个很大表面进行并行的分析和处理。

局限性:因为是分析反射光,所以有足够的反射才能得到干涉图样进行分析。这就对光源和被探测物体的表面粗糙度提出了条件。

1.1.3干涉仪的应用光学仪器中的透镜、棱镜等,其表面质量要求很高,通常要求磨制面与理想几何形状间的误差不超过光波波长的数量级,用干涉法可检验出微小的误差(小于波长的几十分之一)。所以在光学系统评价、表面的粗糙度、面形和元件的微小偏移的测量都采用了干涉仪进行分析。

1.2OSI-75TQ型激光球面干涉仪

OSI-75TQ型激光球面干涉仪(如图1)是用稳频的氦氖激光器作为光源,由于它的相干长度很大,干涉仪的测量范围可以大大的扩展;而且由于它的光束发散角小,能量集中,因而它产生的干涉条纹可以用光电接收器接收,变为电讯号,并由计数器一个不漏的记录下来,从而提高了测量速度和测量精度。

QSI-75TQ型激光球面干涉仪用以检测光学元件的面形、光学镜头的曲率半径以等的一种精密仪器,其测量精度较高。该干涉仪可以检测平面和球面光学零件,前者由分束器、准直物镜和标准平面所组成,后者由分束器、有限共轭距物镜和标准球面所组成。激光光束在标准平面或标准球面上,部分反射为参考光束;部分透射并通过被测件,为检测光束。检测光束自准返回,与参考光束重合,形成等厚干涉条纹。本次实验主要检测球面零件的面形偏差。

1.3仪器的设计原理

激光束经扩束,再经聚光镜会聚后,经过分光棱镜,形成两个支路,一个支路用于观察,将图像成像在CCD上;另一个支路经过准直物镜形成一列高质量的平面波,该平面波进入标准镜在最后一面反射形成参考球面波。由标准镜射出的球面波在被检球面上反射就得到被检球面波。参考球面波和被检球面波在光线的回程中相遇,就发生干涉现象。

表1QSI―75TQ型激光球面干涉仪主要技术指标

技术指标 参数值

测量原理 菲索干涉原理

显示方式 CCD显示

平面参照镜面形精度 p-v:优于 λ/20

球面参照镜面形精度 P-v:优于 λ/15

光源 He-Ne激光器

波长 632.8nm

最大检测口径(平面) 75mm

电源 210～230V40～60Hz

工作温度 20℃～25℃

1.4球面标准镜头

球面标准镜头:F数=1/相对口径=f/D=R/D,在检测时要根据所需检测的曲率半径和F数来选择合适的标准镜头。

如果是凸透镜,镜头的标准面半径要大于被检的镜片半径,要实现全口径检测,最好选镜头的F数小于或等于被测凸透镜的F数。

如果是凹透镜,要考虑整个导轨的长度是否能够实现。在导轨满足的情况下,在选择合适的镜头。同样要想使被测件能实现全口径测量,最好选标准镜头的F数小于或等于被测凹透镜的F数。

表2测量范围

F数 曲率半径测量范围/mm 最大测量口径/mm

凸 凹 凸 凹

F1 5～45 0～282 49 270

F1.5 5～85 0～238 56 157

F2 5～123 0～200 62 101

F3 5～200 0～157 68 53

F5.6 32～387 ------ 71 -----

表3实验中检测的光学零件

零件代号 零件曲率半径 零件名称

t―1 109.9;66.68 双凸透镜

t―2 311.9;77.59 双凸透镜

t―3 22.49;66.76 凹凸透镜

t―4 77.8;77.8 双凹透镜

t―5 827.9;70.47 凹凸透镜

由标准测量镜头测量范围可知:以上这些光学零件都能选用F1、F1.5、F2、F3进行测量。

2检测原理

前面提到菲索干涉原理为等厚干涉,干涉条纹是等光程差(等光学厚度)的点的轨迹。任何干涉、通过对条纹数目或数目变化,可以获得以光的波长为单位的对光程差的计量,用于精密测量和检验。

当两束光波即波阵面合成在一起时,其合成后的光强的分布将由波阵面的振幅和相位来决定。由于相位差的变化产生了明暗相间的干涉图样。而相位差是由于两束光经过的反射路径后形成的光程差造成的。通过分析这样的干涉图样我们就可以经过计算得出图样中的任何一点的光程差。而光程差的出现是由于被检测表面的形状或倾斜与参考表面不一致。那么当我们把参考表面做成一个接近完美的表面时,干涉图样所反映的就是被测表面的情况。

如下图,由一个曲率半径R很大的平凸透镜与一个平板玻璃在O点密接,形成一空气隙,空气隙等厚线是以O为圆心的同心圆圆环。如果单色平行光正入射,则在空气隙上表面形成等厚干涉条纹,条纹形状是以O为圆心的同心圆圈。

(a) 装置(b)条纹

hk是第K级条纹对应的空气隙厚度

rk是第K级条纹半径

因为

第K级暗纹条件

所以

(对应第K级暗纹的厚度)

rk2=R2-(R-hk)2≈2Rhk R≥hk

所以

3实验数据的处理

3.1检测(测量)误差

所谓测量,就是将被测的量和一个作为测量单位的标准量进行比较的过程。例如,用游标卡尺测量轴的直径,就是将轴在直径方向上的线度,与游标卡尺上的刻度进行比较,从而读出其尺寸的过程。

测量误差分类:

过失误差。测量人员主观原因或是客观外界的原因造成;是不允许出现的,必须消除。

系统误差。由测量装置仪器的设计原理缺陷、测量环境变化、以及操作人员的测量方法及读数等造成;可以尽量减小。

偶然误差。由测量装置、零部件变形及信号不稳定性、环境变化、人为因素等造成;这样的误差是必须要出现的。

3.2实验所测数据

光学零件的面形偏差是用光圈数表示的。

光圈的度量包括:

N――被检光学表面的曲率半径相对于参考光学表面曲率半径的偏差称半径偏差;

N――被检光学表面与参考光学表面在任一方向上产生的干涉条纹局部不规则程度称局部偏差所对应的光圈数;

实验显示的数据还包括:P-V、RMS值、等高图、三维立体图、X-Y剖面图、干涉条纹图等。

3.3测量数据

实验中将测量数据列成表格,可以简明地表示出有关物理量之间的关系,便于检查测量结果是否合理,有助于发现、分析、解决问题。

表4使用标准球面镜头F2.0检测结果

编号 1-1-F2.0 1-2-F2.0 2-1-F2.0 3-1-F2.0 3-2-F2.0 4-1-F2.0 5-1-F2.0

项目代号 109.9;66.68 311.9;77.59 22.49;66.76 77.8;77.8 827.9;70.47

零件代号 t-1-1 t-1-2 t-2-1 t-3-1 t-3-2 t-4-1 t-5-1

PV(波长) 0.2547 0.4918 0.8959 1.0100 0.3937 0.2262 0.3239

RMS 0.0421 0.0491 0.1792 0.1343 0.0360 0.0404 0.0610

N 0.5095 0.9836 1.7917 2.0199 0.7873 0.4525 0.6478

N 0.1834 0.4131 0.6988 1.0302 0.2834 0.1900 0.2526

零件名称 双凸透镜 双凸透镜 凹凸透镜 双凹透镜 凹凸透镜

4结论

第一,对环境的要求(温度,湿度,气流,震动):干涉仪要求在温度恒定(温度控制在22℃～24℃),没有明显气流,不能太潮湿,湿度最好控制在60%左右。如果工作环境满足不了以上的要求,则对干涉仪的测量精度造成一定的影响。同时由于我们使用的是He-Ne气体激光器,当温度变化或有气流影响时,会对稳频有影响,造成激光仪的不稳定。震动对软件计算的影响较大,最好放置在隔震的地方。

第二,开机15分钟后,等激光器稳定后在开始进行检测。当监视器中的条纹出现亮暗和对比度的变化时,一般在1分钟内就可以恢复正常。如果在几分钟后还有这种现象时,请关闭激光控制器电源,30分钟后再重新启动。

第三,在检测时还要注意被检件的材料。因为材料不同反射率就不同。反射率低的材料在检测时,干涉条纹会相对淡些;反射率高的材料,相应的干涉条纹就亮些。

第四,本次实验目的是通过不同F数的标准镜头来测量相同的零件的面形,从而找出其中测量最为理想的标准球面镜头,可是由于镜头和测量环境存在的问题,致使F1、F1.5、F3调试出现的光圈均达不到理想状态,导致测量的数据均与实际相差较大,所以只有标准镜头F2.0能精确的测试出其测量范围内的所有光学零件的面形。通过对标准镜头F2.0测量的五块光学零件的测量数据进行分析,我们可以知道被检光学零件的表面面形、曲率半径等的偏差都非常的小,属于较高精度的测量,标准镜头F2.0能满足高精度面行的测量。

5结语

随着现代科学技术和国防事业的发展,对一些光学系统的成像质量要求越来越高,迫切需要有高精度的光学材料的检测手段。先进技术的发展日新月异,精密测试技术应该适应这种发展,担负起质量技术保证的重任。这就要求首先要以提高产品的质量为出发点,这也是要达到的最重要的目的。其次是精密测试技术要提高产品的生产效益。因此,检测方法要能适应快速发展生产的要求,不能单纯为了检测而检测,更不能因为检测的要求而影响生产的效益,从更积极的角度出发,应该是由精密测试技术的良好服务从而促进生产能力的提高。根据先进制造技术发展的要求以及精密测试技术自身的发展规律,不断拓展新的测量原理和测试方法,以及测试信息处理技术,为高效生产提供质量保证。

参考文献

[1] 蔡立.光学零件加工技术[M].北京:兵器工业出版社,2006.

[2] 吴强.光学 [M].北京:科学出版社,2006.

篇3

关键词： 防护玻璃；表面处理；反射率；硬度

中图分类号：TQ34 文献标识码：A

Display Protective Glass Surface Treatment Technology

WANG Bao-song, ZHANG Guo-sheng, XIE Qin

(Jinling machine factory of Jiangsu province, Nanjing Jiangsu 211100, China)

Abstract: Display protective glasses of a certain type instrument were technically processed by use of wet etching with acid solution and AR protective coating method. The reflectivity of surface was reduced to 2% below, the average transmittance of products was 86% in visible light, and the hardness of surface was enhanced to 7.0 GPa. The products' performance testing and trials expressed that, the protective glasses have good anti-glare, antireflective, scratch-resistant process and good behaviors.

Keywords: protective glasses; surface treatment; reflectivity; hardness

引 言

显示器作为当今社会一种极为常见的数据和信息的显示方式，在电脑、手机、仪器、仪表等多种设备上具有广泛的应用。根据特殊使用环境的要求，一些仪器设备的显示器往往不直接暴露于外界环境之下，而是在其外部增加一层防护玻璃。防护玻璃的作用主要是保护显示器，防止损坏。针对室外使用情况而言，由于外界视场中光源的强光会在玻璃表面形成较强的反射，影响显示图像在人眼的视觉效果，因此保护玻璃需要具有防眩光、增加透射的作用。王承遇等对玻璃表面结构、表征、测试和处理等方面技术的发展情况进行了报道[1]，文献[2]中指出防眩有三种途径：表面刻蚀、喷涂小颗粒成膜和表面镀膜。在多种防眩处理方法中，化学蚀刻因其方法简单、操作容易、适合于大面积玻璃蚀刻和大规模生产特点而倍受关注[3]。

本文介绍了对某型仪表用显示器防护玻璃的表面工艺处理的工作情况，采取酸溶液化学腐蚀的方法对防护玻璃表面进行处理以增加表面粗糙度，通过条件调节控制表面光泽度指标，使产品达到防眩作用亦不影响人眼视觉效果。后续采用硬质膜料在产品表面制备光学增透膜层，提高产品在可见光波段的透射率和表面硬度。本文制备的防护玻璃具有防眩、增透、抗划伤的作用，达到了较好的使用效果。

1 防眩层的制备

1.1 工艺条件

经材料成分分析，防护玻璃基材是以SiO2为主体，包含Na、Ca、Mg、K等离子的非晶氧化物。文献[4]中报道了在玻璃表面上采用化学腐蚀方法制备折射率连续变化的非均匀膜，该薄膜是折射率渐变的多微孔性结构，在宽光谱范围内有低的反射率，是一种耐久力较好的减反射膜。罗春炼等通过溶液组分含量的调整，研究了提高防眩玻璃透光率的影响因素[5]。对于制备条件上的控制而言，则需要适宜的腐蚀处理条件（温度、时间、反应物成分等因素），才能使玻璃获得较高的透过率和雾度指标，以达到较好的防眩效果[2]。黄腾超等进行了应用于MOEMS器件的K9玻璃湿法刻蚀工艺的研究[6]。

本文对玻璃所进行的湿法刻蚀，是采用氢氟酸和硝酸为腐蚀液，通过调节酸液比例、温度和时间参数，达到最佳腐蚀效果。腐蚀溶液是以1:1:2比例配比的氢氟酸、硝酸和水混合溶液，腐蚀温度为40℃，刻蚀时间为18～20min。刻蚀效果的评价指标为表面光泽度，即代表了表面反射率的指标高低。本文经试验制得的表面光泽度为50～51的保护玻璃，其性能符合产品性能要求的表面反射率小于2%的技术指标，达到对产品预定的刻蚀效果。

1.2 制备过程

按1:1:2的比例配比氢氟酸、硝酸和水的混合溶液，置于聚四氟乙烯容器瓶内。用水洗方法清洗玻璃表面，不需要腐蚀处理的一面用胶带纸屏蔽起来，将玻璃样片浸泡于混合液中，整体置于水浴恒温箱内，设置水浴恒温箱温度至40℃，保持时间18～20min。反应结束后立即取出玻璃样片，用蒸馏水清洗表面残留混合液，去除屏蔽层，并烘干表面水分。采用表面光学测定仪测量玻璃处理表面的光学反射特性，以保证样品质量。

2 增透、保护膜层的制备

2.1 膜层设计

根据防护玻璃产品的特点要求，需要在表面制备增透、保护膜层以增加光学透射和提高表面硬度。根据双层减反射膜设计原理，若限定镀制在折射率为ng的基底材料上的外层折射率为n1、内层折射率为n2的两层膜的厚度都是λ/4时，欲使波长λ0的反射光减至零，它们的折射率满足如下关系[4]

基底玻璃材料的折射率为1.517，若外层膜选用折射率为1.38的MgF2膜料，经（1）式计算可得n2值为1.70，故内层选用折射率为1.66的Al2O3膜料。在双层减反射膜的基础上构建三层减反射膜，在此两层膜中间插入半波长的ZrO2层，使得透射光谱平滑。在此基础上，对三层膜系结构进行优化，将厚度做了细微调节，使得平均透光率进一步提高，最后膜系结构为G/0.083Al2O3 0.125ZrO2 0.095MgF2/Air。膜系结构中采用了硬度较高Al2O3膜料，有助于提高防护玻璃表面硬度。

2.2 制备方法

文中所采用的镀膜设备为北京科学仪器有限公司生产的zzs-1100型光学真空镀膜机，有分子泵、行星转动装置、清洗离子源、光学膜厚监控仪的电子枪加热蒸发镀膜设备。镀膜前对防护玻璃表面使用乙醚溶液擦拭干净，进腔后进行离子清洗以改善表面性质，后按照膜系结构进行薄膜制备。工艺参数如表1所示。

2.3 指标检测

对膜层的光谱、附着力、摩擦等环境适应性进行了测试，膜层光谱测试曲线如图1所示，膜层的在0.4～0.76μm可见光波段范围内的平均透过率达到99%以上。经试验检测，膜层可通过GJB 2485-1995光学膜层通用规范[7] 对附着力、摩擦、温度、湿热、清擦性、耐溶性和水溶性的检测项目，质量可靠。

3 表面处理效果评析

经过防眩层处理和薄膜镀制的防护玻璃样件制作完成后，对其进行了性能指标检测。通过UV-3600紫外、可见、近红外分光光度计对样件可见光波段光谱进行测试，透射光谱曲线如图2所示，平均透光率达到86%。采用显微硬度计对玻璃样片进行硬度测试，镀膜后表面硬度达到7.0GPa，高于玻璃基底的表面硬度6.6GPa，提高了玻璃表面硬度和抗划伤能力。将防护玻璃安装于仪表显示器上，对其实际使用效果进行测试。在显示器通电状态下，通过人眼观察，显示器表面呈现清晰的图像画面。在太阳光照射情况下观察，显示器图像画面依然清晰，反射太阳光较弱，对人眼没有造成图像不清晰或不适的感觉，整体使用效果良好。

4 结 论

本文对某型仪表用显示器防护玻璃表面进行工艺处理，采用酸溶液湿法腐蚀处理获得防眩层，后利用电子枪加热蒸发镀膜方法制备表面增透、保护膜层。防护玻璃经湿法腐蚀处理，表面反射率指标降低到2%以下，镀制增透、保护膜层后，在可见光波段的平均透过率达到86%，表面硬度提高到7.0GPa。通过性能指标、环境试验和产品试用的方法对产品工艺处理效果进行评析，结果表明，采用该工艺处理的防护玻璃具有较好的防眩、增透和抗划伤的作用，使用效果良好。

参考文献

[1] 王承遇，潘玉昆，卢 琪等. 玻璃表面工程的进展[J]. 玻璃与搪瓷，2003，31（5）：45-50.

[2] 吴春春，杨 辉，袁 骏等. 抗静电防眩膜研究进展[J]. 材料科学与工程，2002，20（1）：133-135.

[3] 胡沛然，韩文爵，王海风等. Na2SiF6和ZnCl2对玻璃防眩光效果的影响研究[J]. 化工新型材料，2009，37（11）：84-95.

[4] 唐晋发，顾培夫，刘 旭等. 现代光学薄膜技术[M]. 杭州：浙江大学出版社，2006.

[5] 罗春炼，韩文爵，王海风等. 提高防眩玻璃透过率的主要影响因素[J]. 化工新型材料，2008，36（12）：89-91.

篇4

关键词：CCD器件；时序电路；驱动；光积分时间

中图分类号：TP333.5+3文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2009)03-160-03

Design of the Driving Time Sequence Circuit of Linear CCD Based on FPGA

YUAN Jinfeng,CHEN Wenyi,LI Kai

(Xi′an Institute of Post &Telecommunications,Xi′an,710061,China)

Abstract：CCD is used in modern photoelectronics,precision instrument and many aspects.Usually,the driving time sequence is designed under special condition or special uses.This paper takes linear CCD device TCD1500C as example,by researching the character of CCD and sequence circuit waveform,designs driver circuit waveform that uses FPGA and enables it to meet the application requirements.By changing the clock frequency or increasing the cycle-integral number of clock pulses,thus changing optical integration time.

Keywords：CCD device;time sequence circuit;driver;optical integration time

0 引 言

电荷耦合器件(Charge Coupled Devices,CCD)是一种图像传感器，它在工业、计算机图像处理、军事等方面都得到广泛的应用。目前CCD的应用技术已成为集光学、电子学、精密机械与计算机技术为一体的综合技术，在现代光子学、光电检测技术和现代测试技术领域中起到了相当大的作用。因此，CCD的作用是不可估量的。然而，CCD要正常工作是要驱动时序的，虽然有些CCD往往自带驱动，但是在特殊需要或需要加特殊功能时，CCD驱动往往需要自己设计，例如曝光时间可调等功能。

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA）是在PAL,GAL,EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

由于FPGA具有易修改，在线编程等特点，可根据不同要求进行在线配置，从而升级方便。另外由于FPGA集成度高，可将系统的部分或全部功能集成在一片芯片上，可减小系统硬件复杂度。

2 CCD工作原理和特性参数

TCD1500C是一种高灵敏度、低暗电流、5 340像元的线阵CCD图像传感器，其像敏单元大小是7 μm×7 μm×7 μm;相邻像元中心距也是7 μm;像元总长是37.38 mm。其驱动时序图如图1所示。TCD1500C在驱动脉冲作用下开始工作。

由图1可知，CCD的一个工作周期分为两个阶段：光积分阶段和电荷转移阶段。在光积分阶段，SH为低电平，它使存储栅和模拟移位寄存器隔离，不会发生电荷转移现象。存储栅和模拟移位寄存器分别工作，存储栅进行光积分，模拟移位寄存器则在驱动脉冲的作用下串行地向输出端转移信号电荷，再由SP进行采样和保持，最后由OS端分别输出。RS信号清除寄存器中的残余电荷。在电荷转移阶段SH为高电平，存储栅和模拟移位寄存器之间导通，实现感光阵列光积分所得的光生电荷势阱中，此时，输出脉冲停止工作，输出端没有有效电荷输出。由于结构上的安排，OS先输出13个虚设像元信号，再输出45个哑元像元，然后再输出5 340个有效像元信号，之后再是12个哑元信号，输出1个奇偶检测信号，以后便是空驱动(空驱动的数目可以是任意的)。

2 芯片的选择以及设计平台概述

FPGA选择的是ALTERA公司的FLEX10K系列的EPF10K10LC84-4，他是一款典型在线可编程FPGA器件。

设计选择的平台主要是Modelsim。Modelsim仿真工具是Model公司开发的，它支持Verilog DHL,VHDL以及他们的混合仿真，可以将整个程序分布执行，使设计者直接看到它的程序下一步要执行的语句，而且在程序执行的任何步骤任何时刻都可以查看任意变量的当前值，可以在Dataflow窗口查看某一单元或模块的输入输出的连续变化等，比Quartus自带的仿真器功能强大的多，是目前业界最通用的仿真器之一。仿真都正确无误后再用Quartus Ⅱ软件来综合和下片。本程序采用Verilog硬件描述语言编写，其可移植性和可读性都好。

3 CCD驱动时序的设计和实现

由图1所示，其设计方法是：在系统最佳工作频率下，通过基本计数单元产生CCD工作所需的波形，保证CCD正常工作。根据TCD1500C的技术手册，可以看出时钟Φ为典型值0.5 MHz时，占空比为1∶1；输出复位脉冲ΦRS为1 MHz，占空比为1∶3，采样保持脉冲ΦSP=1 MHz，脉冲宽度为100 ns。根据所给出的时序关系图可以得到转移脉冲ΦSH，时钟Φ，复位脉冲RS，采样保持脉冲SP等控制信号的时序图。由于1个ΦSH周期中至少要有5 411个Φ脉冲，即TSH>5 411T。由此可知，改变时钟频率或增加光积分周期内的时钟脉冲数，就可以改变光积分时间。即通过积分时间控制信号A1，A2，A3控制积分时间的改变；000～111分别控制8档积分时间变换。000时间最短，111时间最长，可以通过软件动态设置积分时间，实现CCD光积分时间的智能控制。部分实现程序如下：

always @ (posedge CLK_20M or negedge RESET)

begin

if(~RESET)

rs_count ＜= 5′h00;//复位信号计数器

else if(rs_count == 5′h13)

rs_count ＜= 5′h00;

else

rs_count ＜= rs_count + 1′b1;

end

always @ (posedge CLK_20M or negedge RESET)

begin

if(~RESET)

RS ＜= 0;

else if(rs_count == 5′h0E)

RS ＜= 1;

else if(rs_count == 5′h13)

RS ＜= 0;

end

编译后最后得到的仿真波形结果如图2所示。

4 结 语

本文实际采用Modelsim开发系统实现编程和测试程序的编写，内部模块采用Verilog 硬件描述语言编写，完成了时序电路的设计和实现，并测试无误后下载到FPGA上，产生CCD驱动，输出结果十分理想。不仅简化了电路设计，提高可靠性，而且提高了研发速度。

参考文献

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［4］周奇勋,王勉华,乐春峡.基于FPGA的VHDL语言设计优化［A］.中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集 ［C］.2003.

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［6］赵春晖,刘会,梁刚键.基于CPLD和VHDL的一种线阵CCD驱动时序电路的设计与实现［J］.应用科技,2005,32(11):4-6.

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［8］郭晏强,熊莉英.利用Handel-C和VHDL语言设计FPGA应用［A］.第九届全国青年通信学术会议论文集 ［C］.2004.

［9］孙钊，高爱华，田爱玲.线阵CCD测径装置的设计［J］.应用光学，2003,24(2)：31-33.

［10］赵光兴.CCD检测衍射条纹的数据处理［J］.仪表技术与传感器,2001(4):42-43.

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[关键词]实验教学；麻省理工学院；教学改革；综合设计实验

[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0071-03

随着互联网教育技术的发展以及全球化教育的盛行，中国高等教育正经历新一轮的教育教学改革。各个高校都在就如何推进大学教学改革，提高人才培养质量进行探讨。在教学改革环节中，实验教学改革是其重要的组成部分。相对于纯粹的课程教学，实验教学可以增强学生对科学规律的感性认识，提高其实践动手能力，培养学生的创新精神和思维以及综合素质。另外，生动直观的实验教学还可以激起学生的学习兴趣和积极性，有助于团队协作能力的培养。鉴于实验教学在学生综合能力素质培养过程中的重要地位，国内外各所高校都十分重视实验教学。

国外著名院校经过多轮教学改革，已形成了自己的实验教学特色，而我国高校的实验教学正处于发展完善之中，实验教学中还存在较多的问题需要解决。首先，演示型、原理验证型实验仍占据实验教学的主导地位，在培养学生的综合设计能力和创新思维能力上存在较大欠缺。第二，实验内容陈旧，未根据科学知识的发展规律及科技前沿及时更新相关实验内容。第三，综合设计型实验开设比例较低，多数实验仍属于规定具体实验步骤的普通实验，不仅限制了学生的思维，而且降低了学生的主动参与性。学生往往把实验当成一种任务来完成，而没有积极思考实验的目的、原理以及实验方法，因此，实验教学未对学生起到应有的培训和训练目的。

为了解决目前我国高校实验教学中的一些问题，积极探讨科学有效的实验教学方式已迫在眉睫。国外著名高校成熟的实验教学模式可以为我们探讨实验教学改革起到引领作用和借鉴作用。本文拟以美国麻省理工学院现代光学实验教学模式为例，探讨其对我国高校实验教学改革的启示。

一、MIT实验教学模式

（一）实验课程概述

MIT现代光学实验课程提供了实验室光学、光学原理、光学设备及光学系统的详细介绍，内容包括光的偏振特性、反射和折射、干涉、夫琅和费和菲涅尔衍射、全息、光学成像、透镜的变换特性、空间滤波、双透镜相干光学处理器、材料的光学特性、激光、电光、声光、液晶光调制器、光学探测器、光波导以及光纤通信系统等。

多数光学实验系统将涉及平时课程所学的理论和器件，课程的目标是通过手把手的课堂学习和动手实践，再辅以相应的问题解答和最终的综合实验设计，帮助学生深入理解和掌握现代光学设备与系统的基本原理、设计理念。综合实验设计有12个备选项目，学生可以在此基础上选择适合自己的设计项目。

（二）实验教学环节

MIT现代光学实验教学环节包括理论授课、实验室训练、作业、课程考试以及综合设计实验等。

1.理论授课

头8周每周安排2次理论教学（每次1.5小时），1次实验训练（每次3小时）。头几周的理论教学主要是回顾经典光学、光电子和量子电子中涉及的基本原理和概念，剩余几周的理论教学主要讲解现代光学中涉及的主要科学问题。由于本门课程属于实验课程，因此不会讲授详细的理论，而是给学生提供足够的实验背景及具体的实验感知。

2.实验室训练

总共有7个短的实验训练项目，内容涉及基本的实验室训练，这些实验训练跟基本的光学和量子现象的测量与观察有关。每个实验训练项目包括实验前练习（实验前完成）和几个围绕同一主题的实验，目的是巩固理论教学所学内容，每个实验完成一周后，需要上交实验报告。

3.作业

实验作业包括实验前预习作业和实验课后作业，布置作业的目的是鼓励学生进行课外阅读，从而加强对基本知识的掌握。每周会安排一套课后作业，一周之后上交。

4.课程考试

本门课程共安排2次课程考试，每次考试时长1.5小时，考试内容包括理论授课、实验训练和作业中涉及的思想与观点，目的是测试学生对基本理论的理解和运用。学生不应该对这些测试有任何压力，只要按时上课，参加实验，完成课后作业，考都不成问题。考试题目有短问答题，目的是测试学生基本的光学理论和光学实验知识。考试分数占20%。

5.综合实验设计

为了确保所有的综合设计题目在难度和时间花费上尽可能公平，实验课程提供了几个可选的设计题目，学生可以随时开始最后的综合实验设计工作，避免期末的完成压力。指导老师会提供必要的实验设备和技术帮助，以确保对学生真正起到教育锻炼作用。另外，学生也可以选择自己感兴趣的课题。学生完成综合实验设计后，需要上交一份书面设计报告，篇幅约15-30页（4A纸，5号字太长的报告需要进一步精简浓缩），最后按小组参加口头答辩，陈述自己的实验工作。在综合设计实验开始之前，会要求学生通过调研提出可行的实验方案，并以书面形式上交指导老师。

二、实验教学启示

（一）注重系统性、综合性训练

在MIT开设的实验课中，教学环节包括理论讲授、实验室训练、作业、课程考试以及综合实验设计等。其中，理论讲授部分不同于普通的课程授课，在实验课中进行的理论讲授主要是后续实验需要用到的知识点，一方面是对之前课堂所学知识的回顾，另一方面是让学生进行实验时有一定的基础，减少其盲目性。实验课中的理论讲授不以传授理论知识为目的，它更注重运用知识解决实际问题的能力。另外，在理论教学环节还会讲授基本的实验技能、常用实验方法、实验设备使用、实验数据采集、实验系统测试、实验数据分析等实验技能，使学生在正式实验之前拥有必备的实验知识和技能，为其开展实验打下良好基础。实验室训练部分主要是让学生进行热身性质的基础实验训练，目的是训练学生使用常用实验设备的技能、实验系统搭建和调试技能、数据采集和分析技能等，增强学生对前述理论讲授知识的掌握，为后续综合性实验设计打下坚实基础。实验作业包括实验前预习作业和实验后思考作业，作业设置的目的是督促学生进行实验前预习和实验后理解消化，减少学生实验中的盲目做法，提高实验效率和效果。课程考试主要是考核学生对实验课中所学的基本知识和实验技能的掌握，对有关实验现象的解释等，一方面检验学生的学习效果，另一方面检验授课教师的授课效果，为以后进一步改进实验教学提供参考。

从MIT实验教学环节可以看出，其非常重视实验课的系统性和综合性训练，既有理论知识和基本实验技能的讲授，又有实践锻炼；既有基础性实验，也有综合性设计实验，中间掺杂作业和考核，可以说是全方位地系统性地训练学生。实验教学环节的安排遵循从理论到实践，由浅入深，由零件到系统，循序渐进的教学思路。而目前我国高校的实验教学普遍是把理论与实践分离、基础实验与综合设计实验分离，缺乏对学生的系统性训练，学生获得的训练和知识比较零散。为此，我们可以借鉴MIT的实验教学模式，注重对学生的系统性、综合性训练，增强学生获取知识的完整性和运用能力。

（二）注重综合设计型实验开设

在MIT实验教学中，综合设计型实验占实验总学时的2/3以上，可见其对综合设计型实验的重视程度。不同于普通基础实验，综合设计实验可以实现对学生的综合训练，因为综合设计实验过程跟科学与工程研究过程一致，包括实验题目选择、文献调研、实验方案设计、实验系统搭建、系统调试、实验数据采集、实验数据分析、实验总结报告撰写以及口头答辩等环节。因此，一个完整的综合设计实验可以理解为一次科学研究过程，相当于对学生提前进行科学研究训练。在综合设计实验过程中，没有限制具体的实验方案和方法，学生可以自由发挥，它锻炼了学生的文献检索能力、实践动手能力、团队协作能力、写作能力、口头表达能力、分析问题解决问题的能力以及学生的创新思维。这些能力无论是今后继续从事科学研究还是企业工作都是至关重要的。反观我国高校，目前普遍存在综合设计实验在整个实验教学所占比重偏弱的问题，一定程度上阻碍了创新人才的培养。因此，在实验教学改革上，需要加大综合设计实验的比重。

（三）强调基本实验技能的训练

基本实验技能包括实验设计能力、设备操作能力、系统搭建能力、器件选取能力、系统调试能力以及数据采集和分析能力等。这些基本实验技能是从事科学研究的必备技能，也是产品研发人员要求掌握的技能。这些能力的获得单纯依靠课程讲授是无法完成的，必须在实验教学环节实现。MIT的实验教学无论是在实验室训练环节还是在最后的综合设计实验环节，都特别强调基本实验技能的训练。我们在进行实验教学改革时，应该大幅压缩演示型、验证型实验的比重，因为这些实验并不能全面训练学生的基本实验技能，学生得到的只是单纯的实验数据，而对其中的实验原理和步骤没有真正理解与掌握。

（四）注重培养学生的综合素质和创新能力

经过MIT完整的实验过程训练之后，学生无论是在系统设计上，还是在学术写作和表达交流上，甚至在团队协作精神上，都得到了全面的训练和提高，学生的综合素质和科学素养得到了进一步加强。另外，MIT多数实验内容并没有限制具体的固定的实验方案和步骤，学生可以充分发挥自己的想象力，提出不同的解决实际问题的方案，然后再通过对不同实验方案进行对比分析和交流，极大地开阔了学生的眼界，进一步激发了学生的思维活跃度。我们在实验教学环节，应该想方设法开设开放性的实验，不要把具体的实验内容和步骤限制得过于死板，应努力提高学生的参与度和实验主动性。

（五）强调多种教学方式融合

为了对学生进行全方位的综合训练，加强实验教学效果，MIT实验课实行多种教学方式相结合，既有理论教学和基本的实验训练，又有综合设计实验以及作业和考核环节。不同教学方式的结合，极大激发了学生的学习兴趣和积极性。同时，实验内容灵活多樱学生不会感到实验课程枯燥，而是感受到实验课带给他们的成就感和满足感。因此，我们在实验教学上，也应该采用不同的教学方式，实现教学方式多样化，尤其是可以尝试加入互联网+的思想，把现代教育技术融入实验教学环节，在训练实验技能的同时，增强实验课程的趣味性和可操作性。

三、结语

“大众创业、万众创新”的新形势，对创新型人才的培养提出了更高的要求。实验教学是培养高素质创新型人才的必要环节。当前的高校实验教学远不能承担起培养创新型人才的任务，需要进行进一步的实验教学改革。只有积极借鉴国外著名高校在实验教学环节的优势和特色，努力探讨科学有效的实验教学改革路径，切实加强实验教学在培养学生综合能力中的地位，真正提高实验教学质量，才能体现出实验教学应有的作用和价值。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 张学军，王琐萍.全面改革实验教学 培养学生创新能力[J].实验室研究与探索，2005（1）.

[2] 曾卫东，张桥.深化实验教学改革，促进创新能力的培养[J].实验技术与管理，2005（4）.

[3] 许华，朱敏杰，李志鹏.学科交叉与研学结合开展研究型实验的探索[J].实验技术与管理，2016（5）.

篇6

关键词：现代测试技术;珠宝检测;应用

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）36-0055-02

在以往的珠宝鉴定工作中，主要运用宝石显微镜和折光仪等工具，这些检测工具主要是根据矿物的光学性质来对珠宝做定性认识与鉴定。但由于一些种类不同的宝石具有非常相似的光性，这就使得通常的方法无法准确鉴定区别真假珠宝，再加之珠宝合成技术和优化处理技术的发展，使得合称珠宝与天然珠宝的区分难度越来越大。因此，为解决这些珠宝检测的难题，在珠宝检测中引进现代测试技术也就顺理成章。

1 珠宝检测中现代测试技术的作用

现代测试技术在珠宝检测中的应用，不仅提高了鉴别珠宝真伪的水准，同时也为企业树立良好的企业形象提供了技术支持。其在珠宝检测中所发挥的作用主要有以下方面：首先，保障了消费者的合法权益。现代检测技术在珠宝检测中的应用使得珠宝检测效果进一步提升，加强了合称珠宝与天然珠宝的辨识度，有效地避免了不法分子利用合成珠宝来谋取暴利，欺骗消费者。其次，保障了珠宝行业的良性健康发展。合称珠宝在珠宝市场中的广泛流行，不仅使不法商人企业谋得暴利，还起到“劣币驱逐良币”的影响，扰乱珠宝市场的稳定。而现代检测技术在珠宝检测中的应用，驱逐了珠宝市场中的“劣币”，净化了市场环境，为珠宝行业的良性健康发展提供了技术保证。最后，有效解决了珠宝检测过程中的问题。现代测试技术的运用，提高了珠宝检测的准确性与可靠性，有效提升了珠宝检测过程中的效率，解决了珠宝检测过程中效率低、准确性差的问题。此外，现代测试技术在珠宝检测的应用，除了具有良好的检测效果外，还不会改变珠宝的外观，这就保障了消费者的经济利益，符合珠宝行业的发展要求。

2 珠宝检测中现代测试技术的运用

在现在的珠宝检测过程中，以往运用的宝石显微镜和折光仪等工具都是利用其光学和物理性质来测定，根据珠宝所含成分和微量元素的变化来确定真伪。然而，这些技术方法仍不能有效鉴定珠宝，因而不得不引入其他现代技术用于珠宝检测。当前，在珠宝检测过程中常用的技术手段主要包括：拉曼光谱技术、红外光谱技术、电子探针技术、X线衍射技术和扫描电镜分析技术等。

2.1 拉曼光谱技术

拉曼光谱是物质分子振动所发生的一种散射光谱。其用于珠宝检测的原理是物质内部分子的组分和结构确定了物质振动的强度和频率，因而，分子振动所引起的拉曼光谱就可以用来鉴别珠宝内的物质。如今，拉曼光谱技术主要应用于测试合成宝石与天然宝石。

例如，天然蓝宝石与合成蓝宝石在拉曼光谱中具有显著差别，人工合成的蓝宝石缺少191 cm-1、241 cm-1以及341 cm-1谱峰，因此，根据这个拉曼光谱特征，人们即可准确区分合成蓝宝石与天然蓝宝石。此外，拉曼光谱技术还可应用于高档翡翠的鉴定，当前市场上存在较多的填充了AB胶或者环氧树脂的翡翠，这无疑为翡翠的鉴别工作造成较大困难。由于环氧树脂、AB胶的成分各不相同，因此运用拉曼光谱技术，可以较容易的区分真假翡翠。同时，这种检测方法不会破坏样品，而且具有准确快速的特点，主要应用于辨别宝石的真假和质量。

2.2 红外光谱技术

红外光谱全称红外吸收光谱。红外光谱技术的基本原理是，当连续波长的光照射在物体上，会引起物质内部分子或原子基团振动，进而产生对光的吸收，形成吸收谱带，不同的吸收谱带对应不同的分子或原子基团。这样，利用红外光谱的这一特征可以较快的测定出珠宝中的分子和各种阴离子团，从而区别珠宝的真伪及质量。该技术可以应用于天然祖母绿和合成祖母绿的鉴定过程中，当运用红外光谱技术对天然祖母绿和合成祖母绿进行测定时，可以有效鉴定出祖母绿晶体中结构水的类型、CO2等成分。此外，红外光谱还可用于合成黄晶与天然黄晶的鉴别，主要由于天然黄晶可见到微弱的红外吸收峰，而人工合成的黄晶却不能。然而，红外光谱技术也有其应用的局限性，尤其是表现在对贵重珠宝的检测中，因为红外光谱检测技术要求被检测品必须有抛光平面进行测试。

2.3 电子探针技术

电子探针是一种微区分技术，具有对应性强的分析特点，可以将珠宝的形貌与其所需分析的部位进行对应点分析。具有较高的空间分辨率，精度高，不破坏样品，分析元素范围广的优点，在测定珠宝成分，包裹体和生长纹等方面具有非常重要的作用。其主要应用于以下几个方面：首先，定点定性分析，即可以对选定点进行成分定性分析，用来确定定点区域内所存在的元素，例如，对蓝宝石进行定点成分鉴定，便是区别合成蓝宝石与天然蓝宝石的重要依据。其次，线、面分析，即对在珠宝上选定的线和面进行扫描，从而分析出线或面上的元素分布状况。最后，定点定量分析。即利用电子探针技术，通过对宝石的定点检测，得出该处的元素成分及其含量。

2.4 X线衍射技术

X线衍射技术是一种全新的研究方法，能对珠宝的内部结构进行研究。X线是一种具有衍射功能的高能电磁波，X线衍射技术即应用该射线用于物相分析的方法。其操作过程是：用X射线射击珠宝样品，这时由于珠宝样品内的晶体存在，会导致部分X射线被晶面反射，而另一部分则透过样品，被反射的X射线形成一种与样品晶体构造相关的衍射图形，根据衍射图形就可得知样品的原子排列、化合物形态和晶体物质物相等信息，据此即可确定珠宝的种类。然而，由于该技术需要利用物质的晶体结构，因此，只能用于具有晶体结构的珠宝检测。由于宝石样品为单颗粒，所以在运用该技术进行宝石检测时需注意到以下几点：首先，需将宝石颗粒稳定平稳地黏在试样板上，使样品板同试样测试平面处于同一平面上。其次，对大件样品，应先用胶泥将样品黏在样品坐上，以确保其稳定性，同时注意不能使胶泥接触到X射线。目前市场上的玉石珠宝多属于多晶集合体，运用X射线可以在不破坏样品完整性的情况下，准确快速的鉴别。但该技术的应用也有其局限性，即对没有天然晶面的原石鉴定有一定的难度，当前，X射线的无损鉴定是珠宝鉴定的有效方法之一。

2.5 扫描电镜分析技术

扫描电镜即扫描电子显微镜，是一种高分辨率的精密仪器，在珠宝检测中具有很高的使用价值，其主要优势表现在分辨率极高和图像景深大、立体感强两个方面。扫描电镜分析技术可以对样品进行晶体结构分析和图像观察，研究样品的表面形貌，晶体大小及结合状况以及其内部包裹体的形状分布。该技术在具体的检测实践中通常要与其他检测手段，如电子探针技术和X射线衍射技术等结合使用。如今扫描电镜分析技术不断改进，其综合分析能力得到极大加强，已成为快速直观的珠宝检测手段。

3 现代检测技术在珠宝检测中的应用前景

随着珠宝鉴定市场的不断发展，现代测试技术在珠宝检测中也得到了广泛应用。这不仅促进了我国珠宝行业的良性发展，还保护了法消费者的合权益。然而，由于传统的测试技术在实际操作过程中存在一定的局限性，容易对珠宝造成损坏，因此对珠宝测试技术也需进行相应完善，从而提高珠宝检测的准确性和可靠性。如今，在深入研究珠宝内部物质光学性质及其内在成分、结构的基础上，现代测试技术的应用逐渐解决了以往珠宝检测过程中的诸多难题。然而，珠宝检测中的难点和疑点远未完全解决，这需要进一步完善现代检测技术在珠宝检测中的应用，以使珠宝检测工作朝着定量化的方向发展。

参考文献：

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篇7

成功的基础源于整体的客户化设计理念，为满足近几年客户更多的测量要求，我们成功的扩展了LH系列产品。新一代高精度优选型LH桥式三坐标测量机，对各线性轴在高速工作状态下提供了更为稳定的保证。使稳定、可靠以及出色的动力学发挥出更为卓越的动力学特性。

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2.WGT280 最新齿轮测量中心

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4. 创新复合式光学测量解决方案-Phoenix

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新型Phoenix其灵活的使用性及诸多亮点使Phoenix成为质量控制、批量监控和分析的理想工具。典型应用领域有汽车行业，塑料和钣金加工行业，而且还可以用于生产线上的在丝测量和非标准测量设备。

5.Shapetracer三维线扫描激光测头

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关键词：低温真空低温光学实验装置有限元ZYGO干涉仪梯形支撑

1引言

随着空间技术和军事技术的发展需要，探测仪器的分辨率要求越来越高。在深冷的条件下，当需要探测的目标信号十分虚弱时，探测仪器的背景辐射主要来自仪器本身的光学系统和支撑结构，探测仪器灵敏度严重受到系统本身辐射的影响，为减少这一热噪声，冷却光学系统是必需采用的方法。只有把光学系统冷却及其相关部件冷却到一定程度，才能有效地减少背景光子的通量，发挥背景极限探测器的作用，大大提高探测器灵敏度。在低温状态下工作的光学系统需要解决一系列问题，这些问题涉及材料特性、光学元件单元及系统整体性能变化、光学元件变形、低温污染等等，这就形成了一门新兴学科——低温光学。

自上世纪七十年代开始，美国首先对低温光学技术进行研究，最初主要用于各种观察、测量系统，例如低温红外望远镜、空载干涉仪器等。从机载、球载到星载，大多数系统都成功有效地完成了对外空的各种探测任务。欧洲一些国家也对低温光学系统的观察仪器进行了研究。国内起步于上世纪八十年代末，由于国内航天及其国防事业的发展要求有高灵敏度的探测器，而这些仪器将不可避免地用到低温光学系统。

我国的未来光学遥感系统采用了十几个光学元件，这些系统要求冷却到150K，并且对光学元件的控温范围要求非常严格，因此就需要研制一套低温真空实验装置对相关的光学元件进行低温实验。

2系统实验装置的建立

该光学系统的最主要部件之一是动镜装置部分。基于反射镜的温度要冷却到150K并对反射镜的变形进行研究的目的，就需要建立一套高真空和低温应用的实验系统，该系统还要满足进行其它光学元件的低温实验需要。系统实验装置由真空机组、低温真空腔体、防振系统、测量装置等主要部分组成。

2.1低温真空腔体设计

低温真空光学实验装置系统示意图如图1所示，1-机械泵2-预阀3-分子泵4-高阀5-铜带6-低温真空腔7-直线电机8-电源9-被测量光学系统10-ZYGO干涉仪11-光学窗口12-监控计算机13-温控电路14-铂电阻15-电热器16-液氮箱17-活性炭18-氮气19液氮20低阀。低温真空腔体是实验系统的核心部分，其示意图见如图2，1—抽气管2-液氮桶3-上腔体4-铜带5-引线出口6-支撑平台7-下腔体8-电机支撑9-梯形支撑10-光学窗口11-O形圈12-动镜支撑框架13-O形圈14-活性炭15-出气管16-进液管。腔体总高461mm，外壳直径284mm。内有圆柱形液氮容器，可以储存液体约4升。其中的光学元件支撑框架是专门为动镜设计的，其高度177mm。整个腔体可以测试直径小于250mm,高度小于200mm的各类反射镜和光学元件。

液氮桶下面用铜带接光学元件装置，当液氮桶灌注液氮后，冷量通过铜带传导给光学元件装置。下腔体的石英玻璃光学窗口直径为64mm.光学元件支撑结构由支撑平台和固定夹板组成。用固定夹板是为了防止光学元件框架移动，并保证光线垂直射到动镜表面上。由于动镜需要电机驱动，而电机的发热量为3-5W，而这部分热量辐射对动镜有很大影响，因此就用导热率较高的紫铜支撑把一部分热量尽可能的传递给系统外部。由于光学元件装置部分需要冷却因此就需要尽量避免它与外界和腔体传递热量，因此就考虑用梯形支撑，由于梯形支撑壁很薄，就起到了很好的隔热作用。

2.2真空抽气系统和活性炭处理

真空抽气系统由机械泵和分子泵组成。由于ZYGO干涉仪器对震动非常敏感，在光学测试的同时，关掉机械泵和分子泵。在关掉机械泵和分子泵的期间，还要维持真空腔体内的真空，故考虑在腔体内加活性炭以维持腔体内的真空度。为了去处活性炭中的水汽和其它气体，需要对其进行烘烤预处理。活性炭在加工的时候已经固定于上组件中，所以把整个上组件放在DZF-6210真空干燥箱中，在温度为100°C，烘烤约48小时使得真空度稳定在0.1Pa，然后再做真空低温实验。

2.3ZYGO激光平面干涉仪器

非平面的光学元件可以用He-Ne仪器进行光学测量，而平面型光学元件只能用ZYGO干涉仪如图3进行测量，由于ZYGO干涉仪器对震动非常敏感，因此就需要防震措施。如图3为ZYGO激光平面干涉仪及其防震装置。

图1低温真空光学实验装置系统示意图

图2低温真空腔体结构示意简图

3关键部件的分析与设计

3.1光学窗口的有限分析

干涉测量的光线要通过窗口，所以就要考虑窗口的厚度对测量误差的影响，应尽可能使光学窗口厚度最小，同时还要能承受外部一个大气压的作用。在外部一个大气压，内部几乎为真空的条件下，综合考虑窗口折射带来误差的影响和其强度的大小，要求石英玻璃窗口的最大变形小于一个波长λ（λ=0.53μm）。

通过ANSYS软件建立动镜的有限元模型，并施加边界条件，改变动镜的厚度，进行变厚度有限元分析。如图4-图6是其中比较有代表性的三个分析结果。从有限元分析结果可以得到不同厚度玻璃窗口最大变形比较。光学窗口厚8mm时其最大变形0.989μm远超过一个波长，当其厚度从10mm变到12mm,起最大变形都小于一个波长，但是变化值并不大。窗口厚度变大，其折射带来的误差就大，为了保证其强度，综合这两个因素选择10mm厚，径厚比为6.4∶1的玻璃窗口。

3.2梯形支撑的设计

梯形支撑是连接真空腔体和支撑平台的关键部件，如图7为其示意图,图中为热端温度，为冷端温度。它一方面要求满足尽量减少导热，起到“绝热”的作用，另一方面又要求其强度能满足实验的要求。

图7梯形支撑模型示意图

根据[1]知道，梯形支撑的热传导量为：

（1）

式中：——从支撑热端温度到冷端温度之间支撑材料的平均热导率；其表达式为：

（2）

——支撑的横截面积；

L——支撑的高度。

考虑到起其强度[5]，有：

（3）

式中：——作用于构件的设计载荷；

——安全系数；

——支撑材料的屈服强度。

由公式（1）、（2）和（3）可得：

（4）

由公式4可以看出传热量与材料屈服强度与材料导热系数之比成反比。欲使传热量越小，就应该选择越大的材料，即材料的屈服强度尽量大，材料的导热系数尽量小。由文献[2]和[3]并且考虑到加工成本经济性，选择不锈钢作为梯形支撑的材料。并计算选取梯形支撑的壁厚1mm。参阅金属材料数据库可得到不锈钢的低温导热系数，对温度区间20K∽300K进行拟合可以得到不锈钢的导热系数拟合公式如图8所示。即

（5）

图8不锈钢导热系数拟合

在设计载荷为500N,安全系数取1.5,不锈钢的屈服强度为210MPa,支撑高度为0.046m,高温端为300K,低温端取150K。由公式（4）计算得漏热量为0.042W,可以忽略不计。

4小结

现代技术的发展对观测和成像设备的工作波段和空间分辨率都有很高的要求，低温真空技术越来越受到关注。本文研究了小型低温光学实验装置的相关技术。重点讨论了真空低温腔的结构、光学窗口影响及其有限元分析和梯形支撑的设计，并给出了实验装置的系统示意图，对相关技术进行了探讨，为近一步的低温光学研究打下了基础，并在以后的工作中不断完善。

参考文献

[1]杨世铭陶文铨《传热学》（第三版）高等教育出版社1998

[2]马庆芳芳荣生项立成郭舜《实用热物理性质手册》中国农业出版社1986

[3]宋键朗杨奋为袁文彬等《材料手册——金属》上海航天局第八零七研究所1992

篇9

（转自.cn/bbs）

工学 ENGINEERING

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高等工程力学 Advanced Engineering Mechanics

板壳非线性力学 Nonlinear Mechanics of Plate and Shell

复合材料结构力学 Structural Mechanics of Composite Material

弹性元件的理论及设计 Theory and Design of Elastic Element

非线性振动 Nonlinear Vibration

高等土力学 Advanced Soil Mechanics

分析力学 Analytic Mechanics

随机振动 Random Vibration

数值分析 Numerical Analysis

基础工程计算与分析 Calculation and Analysis of Founda tion

Engineering

结构动力学 Structural Dynamics

实验力学 Laboratory Mechanics

损伤与断裂 Damage and Fracture

小波分析 Wavelet Analysis

有限元与边界元分析方法 Analytical Method of Finite Element and

Boundary Element

最优化设计方法 Optimal Design Method

弹性力学 Elastic Mechanics

高层建筑基础 Tall Building Foundation

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土的本构关系 Soil Constitutive Relation

数学建模 Mathematical Modeling

现代通信理论与技术 Emerging Communications Theory and Technology

数字信号处理 Digital Signal Processing

网络理论与多媒体技术 Multi-media and Network Technology

医用电子学 Electronics for Medicine

计算微电子学 Computational Microelectronics

集成电路材料和系统电子学 Material and System Electronics for In

tegrated Circuits

网络集成与大型数据库 Computer Network Integrating Technology and Large

scale Database

现代数字系统 Modern Digital System

微机应用系统设计 Microcomputer Application Design

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网络信息系统 Network Information System

图像传输与处理 Image Transmission and Processing

图像编码理论 Theory of Image Coding

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多媒体技术 Multimedia Technology

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篇10

关键词：单模光纤 截止波长 光谱传输功率法

0 引言

当光频使传播常数等于外部媒质的平面波传播常数时，模是截止的。所谓光纤截止波长是指高阶模的截止波长。截止波长是单模光纤所特有的参数，它给出了保证单模传输的光波长范围，是单模光纤的本征参量，也是单模光纤最基本的参数。单模光纤传输系统的工作波长必须大于截止波长，否则光纤将工作在双模区，会产生模式噪声和多模色散，从而导致传输性能的恶化和带宽的降低。

理论截止波长可以从光纤的结构设计参数计算出来，它是光纤的固有参数，与光纤的长度和光信号状态无关；但理论和实践表明，光纤的实际截止波长与光纤的长度和弯曲状态及拉丝条件和成缆工艺有关。本文暂就测试时光纤的弯曲半径来分析对截止波长的影响。

1 截止波长的物理概念和定义

导行波系统中，对于不同频率的电磁波有两种工作状态――传输与截止。介于传输与截止之间的临界状态，即由γ=0所确定的状态，该状态所确定的频率称为截止频率，该频率所对应的波长称为截止波长。

所以，只有f>fc或λ

截止波长指的是，单模光纤通常存在某一波长，当所传输的光波长超过该波长时，光纤只能传播一种模式（基模）的光，而在该波长之下，光纤可传播多种模式（包含高阶模）的光。

2 光纤截止波长的测试

2.1 测试原理

当光纤中的模大体上被均匀激励的前提下，包括注入较高次模在内的总光功率与基模光功率之比随波长减小到0.1dB时所对应的较大波长就是截止波长。理论截止波长是单模光纤中仅有基模传输的最短波长。理论截止波长可以用光纤的折射率剖面参数计算得到。在评定光纤的传输性能时，用测量在应用条件下的截止波长比理论值更为重要。截止波长的测量结果随光纤的长度和弯曲状态不同而不同。被测光纤处于已安装的光缆中，或处于短的、未成缆的状态，其截止波长将有很大差别。

本次试验采用的OFM1700光纤多参数分析系统基于传输功率法，即测量光纤中传输的光功率随光波长变化的光谱曲线，并同参考传输光功率的光谱曲线比较后得到该光纤的截止波长。通过弯曲参考技术得到参考传输功率的光谱曲线。弯曲参考技术是将被测单模光纤绕一个半径较小的圈，以带有这样一个小圈的单模光纤的传输光功率谱作“参考”传输光功率谱。

2.2 试验装置

对如上装置简单说明如下：OFM1700光纤多参数分析系统是采用先进的高稳定可调的单色斩波光源系统；微弱信号采集、放大系统；数字锁相系统；机器视觉技术；稳定的光学系统；光纤位置自动控制系统及计算机等组成。系统采用双端面监测系统、全自动调节机构配合计算机图像处理，对光纤位置进行自动调整，从而减小了由于光纤的装校过程中位置的不一致对测量的影响；系统采用稳定的卤钨灯光源配合风冷系统，提供稳定的光源，同时采用高稳定、重复性好的单色仪提供仪器测试所需要的稳定单色光源。

2.3 截止波长测试

OFM1700光纤多参数分析系统基于传输功率法，即测量光纤中传输的光功率随光波长变化的光谱曲线，并同参考传输光功率的光谱曲线比较后得到该光纤的截止波长。通过弯曲参考技术得到参考传输功率的光谱曲线。弯曲参考技术是将被测单模光纤绕一个半径较小的圈，以带有这样一个小圈的单模光纤的传输光功率谱作“参考”传输光功率谱。

由于高次模LP11在接近它的截止波长时，其传输功率对弯曲十分敏感，而基模LP01对弯曲不那么敏感。因此测量一段2m长的短光纤在舒展状态与弯曲状态下的输出功率之比随波长的变化关系，就可找出高次模LP11 的截止波长λC。

取2m±0.2m光纤接入装置中，并弯成松弛的大环和小环，这个大环直径为280mm 的弧与切线相连而组成，小环的直径为60mm 足以滤去高次模LP11。在设定的波长范围内测量出纤功率P1（λ）。保持注入条件固定，放开小圈，使光纤处在大环的状态下，注意：光纤不允许受到任何外部应力。测量此时状态下输出光功率P2（λ）。

得出结论，当大圈直径缩小时截止波长也会随之减少，换言之即滤掉了更多的高阶模。故测试时按照标准使用准确的大圈直径非常重要，偏大或偏小都会严重影响测试数据的准确性。

4 结束语

截止波长与光纤的生产工艺有着莫大的关系，是光纤及光缆的固有参数。但是与其使用时的弯曲半径有着很大关系，事实证明弯曲度越大，光纤的截止波长越短，即越趋近于基膜传输，所以在光纤或光缆的使用或工程安装时尽量避免过多的曲折现象，否则会影响光纤及光缆的传输质量。

参考文献：

[1]蔡春平.拉丝条件对光纤折射率的影响[J].光电子技术与信息，2001，14（3）：17-20.

[2]杨日胜，等.光缆截止波长论述[J].光通信研究，1993（2）：21-27.