基于垂直入射的油膜厚度测量系统设计

应用物理学论文编号:WLX002  论文字数:16101,页数:40

目  录
第一章  绪论……………………………………………………… 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外相关研究的发展状况 1
1.3 本文的研究内容与工作 4
第二章  基于垂直入射激光三角法测量的理论基础…………… 5
2.1 垂直入射激光三角法测量的基本原理 5
2.2 垂直入射激光三角法在厚度测量中的应用 6
2.2.1 在线玻璃厚度测量中的应用 7
2.2.2 在线薄木板厚度测量中的应用 8
2.3 垂直入射激光三角法用于厚度测量的理论分析 9
2.3.1 物像位移的关系 9
2.3.2 测量参考面与被测面相对位置的选取 13
2.3.3 差分式垂直入射激光三角法用于厚度测量的基本原理 14
第三章  基于差分式垂直入射油膜厚度测量系统的设计 …… 16
3.1 总体结构的设计 16
3.2 半导体激光光源聚焦准直光学系统的设计 17
3.2.1 半导体激光光源的选择 17
3.2.2 聚焦准直光学系统的分析与模拟设计 18
3.3 成像光学系统的设计 22
3.3.1 测量范围的分析 22
3.3.2 测量分辨率和测量精度的分析 24
3.3.3 成像光学系统的模拟设计 25
第四章  光学系统成像质量和测量角度的分析 ………………29
4.1 光学系统成像质量分析 29
4.1.1 准直光学系统像质分析 29
4.1.2 成像光学系统像质分析 30
4.2 散射角和成像角对测量精度的影响 32
第五章  总结与展望 …………………………………………… 33
参考文献 ………………………………………………………… 34
致  谢 …………………………………………………………… 36

摘  要
 海面油膜厚度测量对保护海洋环境有重要的意义，利用激光三角法对油膜厚度进行测量，有非接触、精度高等优点。文章中采用差分式垂直入射激光三角法进行测量,并保证测量范围：0.1mm～10mm，测量精度：0.01mm；详细分析了垂直入射激光三角法的物像关系、如何保证测量范围和测量精度；模拟设计了测量系统的总体结构、激光准直光学系统、成像光学系统，并对成像质量作了简要的分析。结果表明，所设计的光学系统能够较好地满足测量范围和测量精度的要求。
关键词：油膜厚度测量；激光三角法；差分式
Abstract
 The oil film thickness measurement of the sea has important significance to protect the marine environment. There are many advantages such as non-contact, high precision of using laser triangulation to measure the thickness of the film. In the text, make use of differential vertical incident laser triangulation measurement and ensure the measurement range: 0.1mm ~ 10mm, the measurement accuracy: 0.01mm . Gave detail analysis of object-image relations and how to ensure the accuracy and measurement range of the vertical incident laser triangulation. Simulating design the overall structure of measurement system, laser collimator optical system, imaging optical system, and make a brief analysis of the image quality. The results show that the optical system can satisfy the demand of measurement range and measurement accuracy.
Key words:  Oil film thickness measurement； laser triangulation method；differential method