本發(fā)明屬于非接觸測量技術(shù)領域，具體涉及一種平板玻璃折射率非接觸式測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

非接觸測量是以光電、電磁等技術(shù)為基礎，在不接觸被測物體表面的情況下，得到物體表面參數(shù)信息的測量方法。目前，已有文獻報道的非接觸式激光測量平板玻璃屬性的方法有激光透射法測折射率等。然而，激光透射法測折射率要求已知平板玻璃的精確厚度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述問題，利用分光計結(jié)合線陣CCD等常用實驗儀器，提供一種不需要已知平板玻璃的精確厚度的平板玻璃折射率非接觸式測量裝置及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種平板玻璃折射率非接觸式測量裝置，包括平行光源、狹縫、平板玻璃和線陣CCD，平板玻璃置于載物臺的圓心位置，平行光源、狹縫和線陣CCD均可繞載物臺的圓心轉(zhuǎn)動，線陣CCD與示波器電連接；平行光源射出的入射光束射向平板玻璃，狹縫設于入射光束的傳播路徑上位于平行光源和平板玻璃之間。

優(yōu)選地，入射光束的傳播路徑上，狹縫和平板玻璃之間設有衰減器，衰減器隨著平行光源同步轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選地，所述平行光源置于分光計的望遠鏡上，線陣CCD置于分光計的平行光管上。

優(yōu)選地，所述平行光源為激光筆。

一種平板玻璃折射率非接觸式測量方法，包括以下步驟：

S1、使平行光源發(fā)出的入射光l₀以入射角θ射向平板玻璃，光線l₁為平板玻璃上表面的反射光束，l₂為下表面反射光經(jīng)上表面折射的出射光，l₃為取走平板玻璃時l₀的延伸光線，l₄為l₀射入平板玻璃后的一次折出光；轉(zhuǎn)動線陣CCD，使光束l₁和l₂照射到線陣CCD感光面上，示波器上表現(xiàn)出兩個電壓峰；然后再次轉(zhuǎn)動線陣CCD，使光束l₄照射到線陣CCD感光面上，示波器上表現(xiàn)出一個電壓峰；保持線陣CCD的位置不變，取走平板玻璃，l₃直接射向線陣CCD感光面上，示波器上表現(xiàn)出一個電壓峰；

S2、采集步驟S1中各電壓峰的波形，得到光束l₁、l₂、l₃和l₄入射到線陣CCD感光面上的位置坐標和電壓的關系；

S3、對步驟S2采集到各電壓峰頂進行高斯擬合，得到光束l₁、l₂、l₃和l₄對應的電壓峰頂對應的橫坐標分別為x₁、x₂、x₃和x₄；

優(yōu)選地，所述入射角θ為入射光l₀與平板玻璃法線的夾角。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提供的一種平板玻璃折射率非接觸式測量裝置及方法，利用分光計結(jié)合線陣CCD等常用實驗儀器，不需要已知平板玻璃的精確厚度的情況下，能夠測出平板玻璃的折射率，可靠性高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明平板玻璃折射率非接觸式測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明平板玻璃折射率非接觸式測量裝置的光路圖。

圖3是本發(fā)明光束l₁和l₂照射線陣CCD時光強隨采集點位置的變化關系圖。

圖4是本發(fā)明光束l₃和l₄照射線陣CCD時光強隨采集點位置的變化關系圖。

附圖標記說明：1、平行光源；2、狹縫；3、平板玻璃；4、線陣CCD；6、載物臺；7、衰減器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明：

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種平板玻璃折射率非接觸式測量裝置，包括平行光源1、狹縫2、衰減器7、平板玻璃3和線陣CCD4，平板玻璃3置于載物臺6的圓心位置，平行光源1、衰減器7、狹縫2和線陣CCD4均可繞載物臺6的圓心轉(zhuǎn)動，線陣CCD4與示波器電連接。

平行光源1射出的入射光束射向平板玻璃3，狹縫2和衰減器7依次設于入射光束的傳播路徑，狹縫以減小入射光束直徑，再通過由兩個偏振片組成的衰減器控制光強，防止線陣CCD輸出飽和。

在本實施例中，平行光源采用激光筆，示波器采用數(shù)字存儲示波器，平板玻璃3置于分光計的載物臺6上，激光筆置于分光計的望遠鏡上，線陣CCD4置于分光計的平行光管上，激光筆出射的激光經(jīng)過狹縫后變?yōu)橐皇毤す鈒₀以入射角θ入射到平板玻璃，根據(jù)光學反射、折射原理，將形成如圖2所示光路，其中入射角θ為入射光l₀與平板玻璃法線的夾角，光線l₁為平板玻璃上表面的反射光束，l₂為下表面反射光經(jīng)上表面折射的出射光；光線l₄為l₀射入平板玻璃后的一次折出光，l₃為取走平板玻璃時l₀的延伸光線。由于多次反射折射光強相對于入射光l₀將明顯變?nèi)?，因此多次反射、折射光線可不用考慮。對平板玻璃而言，光線l₁平行于光線l₂，光線l₃平行于光線l₄。

設光線l₁、l₂的垂直空間距離為D₁，光線l₃、l₄間垂直空間距離為D₂，平板玻璃厚度為h、折射率為n?？傻贸觯?/p>

聯(lián)立(1a)式和(1b)式可得：

從(2)式可以看出，只要能測出入射角θ、垂直空間距離D₂和D₁的比值，即可非接觸地得到平板玻璃的折射率n。

基于上述原理，本實施例還提供一種平板玻璃折射率非接觸式測量方法，包括以下步驟：

S1、將被測平板玻璃豎直放置于分光計載物臺，激光筆平行固定于分光計的望遠鏡上，線陣CCD置于分光計的平行光管上。轉(zhuǎn)動線陣CCD，使線陣CCD位于圖中的a位置，此時光束l₁和l₂照射到線陣CCD感光面上，示波器上表現(xiàn)出兩個電壓峰；然后再次轉(zhuǎn)動線陣CCD，使線陣CCD位于圖中的b位置，此時光束l₄照射到線陣CCD感光面上，示波器上表現(xiàn)出一個電壓峰；保持線陣CCD的位置不變，取走平板玻璃，l₃直接射向線陣CCD感光面上，示波器上表現(xiàn)出一個電壓峰。

S2、固定數(shù)字存儲示波器的采樣率，采集步驟S1中各電壓峰的波形，得到光束l₁、l₂、l₃和l₄入射到線陣CCD感光面上的位置坐標和電壓的關系，以采集點為橫坐標，相應的電壓值為縱坐標作圖，得到圖3和圖4，其中圖3中x₁和x₂兩峰代表的圖形分別為光束l₁和l₂的光強分布，圖4中x₃和x₄兩峰代表的圖形分別為光束l₃和l₄的光強分布。

S3、對步驟S2采集到各電壓峰頂進行高斯擬合，得到光束l₁、l₂、l₃和l₄對應的電壓峰頂對應的橫坐標x₁＝4003.90±0.22，x₂＝4672.10±0.27，x₃＝4415.40±0.46，x₄＝4928.80±0.26，則將測量結(jié)果帶入上述的(2)式可得：

為了進一步驗證該測量方法測量玻璃厚度和折射率的可靠性，利用邁克爾遜干涉儀測量了所采用激光筆的波長為λ＝677.6nm，利用分光計結(jié)合布儒斯特定律的方法測量了在當前激光筆波長下玻璃的折射率為n_t＝1.543。可以看出，對玻璃折射率而言，本發(fā)明的測量方法的相對誤差0.32％，證明了該測量方法的可靠性。

本領域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。