在线管道壁厚检测光谱共焦检测

光谱共焦技术将轴向距离与波长建立起一套编码规则，是一种高精度、非接触的光学测量技术。基于光谱共焦技术的传感器作为一种亚微米级、快速精确测量的传感器，已经被大量应用于表面微观形状、厚度测量、位移测量、在线监控及过程控制等工业测量领域。展望其未来，随着光谱共焦传感技术的发展，必将在微电子、线宽测量、纳米测试、超精密几何量计量测试等领域得到更多的应用。光谱共焦技术是在共焦显微术基础上发展而来 ，其无需轴向扫描，直接由波长对应轴向距离信息，从而大幅提高测量速度。光谱共焦位移传感器可以实现亚微米级别的位移和形变测量，具有高精度和高分辨率的特点。在线管道壁厚检测光谱共焦检测

光谱共焦位移传感器原理，由光源、透镜组、控制箱等组成。光源发出1束白光，透镜组先将白光发散成一系列波长不同的单色光，然后经同轴聚焦在一定范围内形成1个连续的焦点组，每个焦点的单色光波长对应1个轴向位置。当样品处于焦点范围内时，样品表面将聚焦后的光反射回去。这些反射回来的光经过与镜头组焦距相同的聚焦镜再次聚焦后通过狭缝进入控制箱中的单色仪。因此，只有焦点位置正好处于样品表面的单色光才能聚焦在狭缝上 。单色仪将该波长的光分离出来，由控制箱中的光电组件识别并 得到样品的轴向位置。采用高数值孔径的聚焦镜头可以使传感器达到较高分辨率，满足薄膜厚度分布测量要求。国产光谱共焦常见问题光谱共焦技术可以实现对样品内部结构的观察和分析。

光谱共焦测量技术是共焦原理和编码技术的结合 。白色光源和光谱仪可以完成一个相对高度范围的准确测量。光谱共焦位移传感器的准确测量原理如图1所示。在光纤和超色差镜片的帮助下，产生一系列连续而不重合的可见光聚焦点。当待测物体放置在检测范围内时，只有一种光波长能够聚焦在待测物表面并反射回来，产生波峰信号。其他波长将失去对焦。使用干涉仪的校准信息可以计算待测物体的位置，并创建对应于光谱峰处波长偏移的编码。超色差镜片通过提高纵向色差，可以在径向分离出电子光学信号的不同光谱成分，因此是传感器的关键部件，其设计方案非常重要。

共焦测量方法由于具有高精度的三维成像能力，已经大量用于表面轮廓与三维精细结构的精密测量。本文通过分析白光共焦光谱的基本原理，建立了透明靶丸内表面圆周轮廓测量校准模型;同时，基于白光共焦光谱并结合精密旋转轴系，建立了靶丸内表面圆周轮廓精密测量系统和靶丸圆心精密定位方法 ，实现了透明靶丸内、外表面圆周轮廓的纳米级精度测量。用白光共焦光谱测量靶丸壳层内表面轮廓数据时，其测量结果与白光共焦光谱传感器光线的入射角、靶丸壳层厚度、壳层材料折射率、靶丸内外表面轮廓的直接测量数据等因素紧密相关。激光位移传感器的应用主要是用于非标的特定检测设备中。

靶丸内表面轮廓是激光核聚变靶丸的关键参数，需要精密检测。本文首先分析了基于白光共焦光谱和精密气浮轴系的靶丸内表面轮廓测量基本原理，建立了靶丸内表面轮廓的白光共焦光谱测量方法。此外，搭建了靶丸内表面轮廓测量实验装置，建立了基于靶丸光学图像的辅助调心方法，实现了靶丸内表面轮廓的精密测量，获得了准确的靶丸内表面轮廓曲线; 对测量结果的可靠性进行了实验验证和不确定度分析，结果表明 ，白光共焦光谱能实现靶丸内表面低阶轮廓的精密测量.光谱共焦技术在医学、材料科学、环境监测等领域有着广泛的应用；小型光谱共焦的用途

光谱共焦技术的应用将有助于推动中国科技创新的发展。在线管道壁厚检测光谱共焦检测

光谱共焦位移传感器可以嵌入2D扫描系统进行测量，提供有关负载表面形貌的2D和高度测量数据。它的创新原理使传感器能够直接透过透明工件的前后表面进行厚度测量，并且只需要使用一个传感器从工件的一侧进行测量。相较于三角反射原理的激光位移传感器，因采用同轴光，所以光谱共焦位移传感器可以更有效地测量弧形工件的厚度。该传感器采样频率高，体积小，且带有便捷的数据接口，因此很容易集成到在线生产和检测设备中 实现线上检测 。由于采用超高的采样频率和超高的精度，该传感器可以对震动物体进行测量，同时采用无触碰设计，避免了测量过程中对震动物体的干扰，也可以对复杂区域进行详细的测量和分析 。在线管道壁厚检测光谱共焦检测