專利名稱：基于ccd成像技術(shù)的數(shù)字v棱鏡折射率測量儀及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于CCD成像技術(shù)的數(shù)字V棱鏡折射率測量儀及測量方法，用于測量玻璃、晶體等透明固體材料以及透明液體材料的折射率，屬于光電測量儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
V棱鏡折射儀是一種測量透明材料折射率的光學(xué)儀器。該儀器運用光的折射定律，以單色平行光作為測量光，當(dāng)測量光垂直入射V棱鏡入射面時，如

圖1所示，若待測透明材料折射率η與V棱鏡折射率IItl完全相同，則出射光不發(fā)生任何偏折從出射面出射，折射儀的讀數(shù)系統(tǒng)指不為零。若η與Iitl不相同,貝U光的出射方向相對入射方向有一偏折角Θ。若測出偏折角Θ，則可計算出待測透明材料對測量光的折射率。折射定律給出下面公式:n0sin45° =nsin(45。-ω),nsin(45° + ω) =n0sin(45° + Φ),n0sin Φ =sin θ ,綜上可得:
權(quán)利要求
1.一種基于CCD成像技術(shù)的數(shù)字V棱鏡折射率測量儀，具有光學(xué)系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、測角系統(tǒng)，成像系統(tǒng)位于光學(xué)系統(tǒng)測量光光路上；傳動系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、測角系統(tǒng)三者聯(lián)動，其特征在于，成像系統(tǒng)、測角系統(tǒng)分別連接處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)連接伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)連接傳動系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字V棱鏡折射率測量儀，其特征在于，光學(xué)系統(tǒng)與成像系統(tǒng)同軸，光學(xué)系統(tǒng)中的V棱鏡(5)與成像系統(tǒng)中的偏振片組(12)相鄰；或者光學(xué)系統(tǒng)與成像系統(tǒng)各自的軸線直角相交，交點位于直角棱鏡(15)的反射面上，光學(xué)系統(tǒng)與成像系統(tǒng)各自的軸線均與直角棱鏡(15)的反射面成45°角相交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字V棱鏡折射率測量儀，其特征在于，處理系統(tǒng)是一臺計算機，成像系統(tǒng)中的CCD探測器(14)連接到計算機中的圖像采集卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字V棱鏡折射率測量儀，其特征在于，伺服系統(tǒng)由伺服控制電路與伺服電機(21)構(gòu)成，伺服控制電路與處理系統(tǒng)計算機相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字V棱鏡折射率測量儀，其特征在于，通過傳動系統(tǒng)精密減速機構(gòu)(22)與伺服系統(tǒng)中的伺服電機(21)的連接實現(xiàn)伺服系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)的連接；傳動系統(tǒng)精密減速機構(gòu)(22)的動力輸出端與成像系統(tǒng)及測角系統(tǒng)中的圓光柵(20)轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字V棱鏡折射率測量儀，其特征在于，與處理系統(tǒng)連接的還有顯示系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)包括數(shù)字測量圖像與基準圖像顯示器和數(shù)字測量圖像與基準圖像對準蜂鳴提示器。
7.一種基于CCD成像技術(shù)的數(shù)字V棱鏡折射率測量方法，由成像系統(tǒng)將光學(xué)系統(tǒng)給出的測量光轉(zhuǎn)換為數(shù)字測量 圖像，測量光偏折Θ角，由傳動系統(tǒng)驅(qū)動成像系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度Θ’由測角系統(tǒng)實時測定，其特征在于，所述數(shù)字測量圖像被傳送給處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)生成基準圖像并判斷數(shù)字測量圖像與基準圖像的位置關(guān)系，將該位置關(guān)系偏差作為控制信號并傳遞給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根據(jù)該控制信號驅(qū)使傳動系統(tǒng)驅(qū)動成像系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)，直到數(shù)字測量圖像與基準圖像對準，此時的成像系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)角度Θ’等于測量光偏折Θ角并由測角系統(tǒng)檢測和傳送給處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)根據(jù)該偏轉(zhuǎn)角度Θ’計算被測樣件折射率η。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字V棱鏡折射率測量方法，其特征在于，所述的數(shù)字測量圖像是一個中間有橫條暗線的矩形光斑；所述的基準圖像為兩條橫向平行單線，該基準圖像由軟件經(jīng)計算機生成，并顯示在顯示器上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字V棱鏡折射率測量方法，其特征在于，所述數(shù)字測量圖像與基準圖像對準是指數(shù)字測量圖像中的橫條暗線位于基準圖像中的兩條橫向平行單線中間；數(shù)字測量圖像與基準圖像對準由軟件完成，軟件開始運行時首先將計算機圖像采集卡初始化，然后采集數(shù)字測量圖像，若采集不到該圖像，則由伺服系統(tǒng)判斷傳動系統(tǒng)是否到達極限位置，若到達極限位置則命令伺服系統(tǒng)中的伺服電機(21)反轉(zhuǎn)，若未達到極限位置，伺服電機(21)則繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動，圖像采集卡同時采集圖像，并將圖像上傳至計算機；去噪處理圖像，識別該圖像為數(shù)字測量圖像；判斷數(shù)字測量圖像位置，如數(shù)字測量圖像在基準圖像上方，則伺服電機(21)正向旋轉(zhuǎn)，如數(shù)字測量圖像在基準圖像下方，則伺服電機(21)反向旋轉(zhuǎn)，如數(shù)字測量圖像與基準圖像對準，則伺服電機(21)停止轉(zhuǎn)動，并蜂鳴提示；此時，提取測角系統(tǒng)測量出的角度值，據(jù)此計算得到被測樣件的折射率η并顯示在顯示器上，結(jié)束
全文摘要
基于CCD成像技術(shù)的數(shù)字V棱鏡折射率測量儀及測量方法屬于光電測量儀器技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)測量精度低。本發(fā)明之測量儀其特征在于成像系統(tǒng)、測角系統(tǒng)分別連接處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)連接伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)連接傳動系統(tǒng)。本發(fā)明之測量方法其特征在于所述數(shù)字測量圖像被傳送給處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)生成基準圖像并判斷數(shù)字測量圖像與基準圖像的位置關(guān)系，將該位置關(guān)系偏差作為控制信號并傳遞給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根據(jù)該控制信號驅(qū)使傳動系統(tǒng)驅(qū)動成像系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)，直到數(shù)字測量圖像與基準圖像對準，此時的成像系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)角度θ'等于測量光偏折θ角并由測角系統(tǒng)檢測和傳送給處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)根據(jù)該偏轉(zhuǎn)角度θ'計算被測樣件折射率n。本發(fā)明測量精度達到±5×10-6。
文檔編號H04N5/232GK103076161SQ20131002387
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者曹秒, 安志勇, 曹維國, 李延風(fēng), 楊帆, 何蓉 申請人:長春理工大學(xué)