Лазерный прибор для измерения среднего диаметра волокон в их группе
ЛАЗЕРНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ДИАМЕТРА ВОЛОКОН В ИХ ГРУППЕ.
к. ф.-м. н. Пресняков Ю.П.
Прибор
предназначен для оперативного измерения среднего диаметра волокон, нитей,
проволочек в группе хаотически расположенных экземпляров. Оптимальный диапазон
диаметров (10-100) мкм. Принцип действия прибора основан на анализе углового
распределения дифрагированного на волокнах лазерного излучения в предположении
малой дисперсии функции распределения волокон по диаметрам.
Схема прибора показана на рис.
1, обозначения на которой следующие:
1- лазерный диод мощностью излучения
(5-50) мвт;
2- объектив;
3- пучок волокон, помещенных между двумя пластинами с отверстиями в центре
4- фотоэлектрический детектор, состоящий из двух концентрических фотодиодов с
центром на оптической оси.;
5- аналого-цифровой преобразователь.
6- компьютер.
|
Рис. 1
|
Если
расстояния и удовлетворяют
формуле линзы,
где v фокусное
расстояние объектива, то оптическая схема обеспечивает, в приближении дифракции
Френеля, безлинзовое преобразование Фурье амплитудного пропускания в области
объекта, где - радиус вектор в
плоскости 3. В этом случае комплексная амплитуда в плоскости детектора
определяется выражением:
где, - длина волны лазера,
- расстояние от
волокон до фотодетектора.
При
использовании линейного по световому потоку фотодетектора средний диаметр
волокон вычисляется по следующей приближенной формуле:
,
где и - средние радиусы колец ();
и - их площади;
и - амплитуды
электрических сигналов, снимаемых , соответственно, с первого и второго колец
фотодетектора. Вклад неучтенной дисперсии в погрешность измерения среднего диаметра
определяется величиной порядка. В случаях, когда условие не выполняется, для измерения
среднего диаметра и дисперсии используется фотодетектор состоящий из трех
светочувствительных колец.