镜面污染物

镜面污染物（精选6篇）

镜面污染物 篇1

光学元件作为光学系统的重要组成部分,其表面的散射特性会对系统的性能产生重要的影响。 许多光学系统都要求光学元件表面要有尽可能低的散射,以减少光学元件表面散射对系统性能的影响[1,2,3,4]。光学系统元件表面的散射主要源于表面粗糙度,而沉积在元件表面的颗粒污染物也会加重其表面的散射。目前为止,有关物体表面散射特性的研究已有很多报道,其中最主要的是双向反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function, BRDF )。国内外学者利用这种方法从理论和实验两方面对物体表面散射特性进行了大量研究,分析了不同粗糙表面的双向反射分布函数[5,6,7,8,9]。

在复杂的外界环境中,悬浮于空气中的颗粒物如灰尘、尘埃等会沉积在光学镜面上污染表面,进而影响光学镜面的散射特性[10]。对于光学系统中镜面的污染容限问题,分析镜面污染颗粒对系统散射特性的影响也是极其重要的。文中采用微分散射测量法并结合米氏散射理论[11]和BRDF理论来研究光学镜面污染颗粒的散射特性,实验中利用光束质量分析仪(Duma Optronics LTD,Beam On-IR1550)来分析光束的散射特性。

1散射理论

光学系统中元件表面的散射由双向反射分布函数(BRDF)来描述。镜面的散射由干净镜面的散射和镜面污染物产生的散射两部分组成。总的双向反射分布函数(BRDF)可以认为是这两部分之和,如下式

式中,下标‘m’和‘p’分别表示洁净镜面产生的BRDF和镜面污染物产生的BRDF。

根据米氏散射理论[11],镜面污染颗粒产生的散射的辐射强度可以描述为

这里,i1和i2为强度函数,其表达式分别为

其中,an和bn为米氏散射系数;pn和 τn为与散射角有关的米散射角度函数[12]。

若散射平面为y-z平面,则f = 90°,式(2)、式(3) 可改为

式(6)定义了自由空间中由极化辐射照射球状颗粒所产生的散射能量,由此可以定义散射颗粒的BRDF为

上式中D为沉积在镜面上的散射颗粒密度;θr为在散射平面内以镜面法线为参考线的反射角;而在实验测量中BRDF可以被定义为

式中,C为系统校正值;ρ为镜面的反射率;Vs为散射光强度;Vr为入射光强度。

2微分散射测量装置

图1测量装置由波长为0.532 μm的半导体激光器、旋转支架、光束质量分析仪(Duma Optronics Ltd.)、计算机软件组成。在激光照射到样品之前先通过一个直径为5 mm的孔径,用于限制光束;将待测样品放置在标有刻度的旋转支架上,通过旋转支架可以改变光的入射角度。图像大小为720×576像素,水平和垂直方向的分辨率均为8.3 μm/pixel,实验中最小入射角度约为10°。光斑特征利用光束质量分析软件进行分析。

3镜面散射特性分析

为了检测光学系统中镜面污染对系统性能的影响,下面对洁净镜面和颗粒污染镜面的散射特性分别进行了分析。

3.1洁净镜面

图2给出了利用光束质量分析仪测量洁净镜面的镜向散斑图像,图像水平和垂直方向上不同像素点的BRDF值。从图中可以看出,无论是水平方向,还是垂直方向,不同入射角下散斑图像的中心变化较小,边缘波动较大,且垂直方向波动比水平方向波动更大;各曲线的峰值都在同一个数量级, 不同曲线之间的差值较小。当入射角分别为10°、 30° 和60° 时,水平方向上测量的标准差分别为0.001 9、0.001 99、0.002,而垂直方向上测量的标准差分别为0.002 12、0.002 18、0.002 23;可知入射角越大,水平和垂直方向的BRDF值越分散,波动越大。

3.2颗粒污染镜面

为了检测镜面污染颗粒对光散射特性的影响, 将干净的镜面暴露在室内不同时间,让灰尘自由随意地沉积在镜面上,利用电子扫描镜观察污染镜面,得到镜面上污染颗粒的分布情况,如表1和图3所示。三个污染镜面的平均颗粒尺寸相同,镜面2相较于镜面1和镜面3有大尺寸颗粒,且镜面2的其他尺寸颗粒数量与镜面1相同;而镜面3的颗粒数量不同于其他两个镜面的颗粒数量。

不同颗粒污染镜面镜向BRDF分布如图4所示。从图中可以看出,无论是水平方向,还是垂直方向,不同入射角下不同污染镜面散斑图像的中心变化较小,边缘波动较大,且垂直方向波动比水平方向波动更大;颗粒尺寸越大,颗粒数量越多, BRDF值波动越大。各曲线的峰值都在同一个数量级,不同曲线之间的差值较小,这可能是由于CCD的分辨率还不够高,无法检测到污染镜面微小的变化。当入射角为60°时,水平方向上污染镜面2与污染镜面1的BRDF比值为0.918 9,污染镜面1与污染镜面3的BRDF比值为0.698 1;而垂直方向上污染镜面2与污染镜面1的BRDF比值为0.701 3,污染镜面1与污染镜面3的BRDF比值为0.885 1;可知不同污染镜面水平和垂直方向的BRDF比值相差较大, 颗粒尺寸越大,颗粒数量越多,镜面散射越严重。

4结论

暴露在空气中的光学镜面会被空气中的灰尘、 尘埃等颗粒污染,这会严重影响光学镜面的散射特性,甚至会缩短光学系统的寿命。利用光束质量分析仪并结合米氏理论和双向反射分布函数(BRDF) 对不同颗粒污染镜面的散射特性进行了研究。研究结果表明,污染颗粒会加重镜面的杂散射,进而影响微弱信号的提取和分析,因此在实际工作中要尽可能地使光学镜面洁净无污染。

摘要：为了研究污染颗粒对光学系统镜面散射的影响,将光学镜面暴露在室内,得到三种不同污染程度的镜面,利用电子显微镜表征三种污染镜面的颗粒分布。使用光束质量分析仪采集洁净镜面和三种不同颗粒污染镜面的镜向散斑图像,结合双向反射分布函数(BRDF)对其从水平和垂直方向进行分析。研究结果表明,不同入射角下,颗粒污染镜面的镜向BRDF值都在同一个数量级;从水平和垂直方向分析,颗粒尺寸越大,颗粒数量越多,镜向BRDF的中心变化较小,边缘起伏较大,镜面散射越严重。

关键词：双向反射分布函数,污染镜面,散射特性,光束质量分析仪

镜面舌三案 篇2

案一郭某, 女, 汉族, 66岁, 某年3月13日初诊。素有胃病旧疾, 近因饮食不节, 而致旧疾复作。刻下心慌气短, 心烦不寐、口燥咽干, 胃痛隐隐, 食少纳呆, 恶心, 饥而不欲食, 大便干结。诊见舌质红, 舌面光滑如镜, 舌面多细小裂纹, 脉细数略滑。心电图:窦性心律不齐, 偶发室性早搏。证属久病耗气伤阴, 心失所养, 故现心慌气短, 心烦不寐诸症;胃痛隐隐、口燥咽干, 舌现镜面, 大便干结, 皆为阴虚内热, 津液耗伤之症。治宜益气养阴、养血安神之剂, 予山萸肉30g、龙骨30g、牡蛎30g、白芍15g、党参15g、沙参20g、麦冬15g、天花粉30g、炒枣仁15g、柏子仁15g、五味子10g、炙甘草10g, 水煎早晚服, 共6剂。药尽6剂复诊, 诉口干舌燥大减, 饮食知味, 已安然入睡, 更感头轻神爽, 心慌气短消失, 舌红转淡, 舌边裂纹变小, 大便2日一行;唯隐隐胃痛, 尚有作时, 脉细数。予沙参20g、麦冬15g、玉竹15g、天花粉30g、木瓜15g、乌梅5枚、枳实15g、厚朴15g、麦芽20g、白芍15g、甘草10g、代赭石25g, 每剂水煎早晚服, 6剂。上方随证加减, 共进药27剂, 诸症消失, 舌体柔软, 舌色淡红鲜明, 苔薄白滋润, 心电图检查正常, 痊愈。

按:此患久病耗气伤阴, 而致舌红口干舌燥, 舌现镜面;心失所养, 而现心慌气短, 心烦不寐。方予张锡纯氏来复汤, 加沙参、麦冬、天花粉养阴清热, 益胃生津;炒枣仁、柏子仁、五味子养心阴, 宁心安神;“更用龙骨入肝以安魂、牡蛎入肺以定魄、魂魄者心神之左辅右弼也, 且二药与萸肉并用, 大能收敛心气之耗散”。佐党参以补脾肺之气;白芍、甘草相伍, 有酸甘化阴、舒挛缓急止痛之效。诸药相伍, 相得益彰, 故心慌气短、心烦不寐, 药进数剂而收殊效;口干舌燥诸症得以缓解。继治以甘寒养阴、益胃生津之剂。佐以厚朴、枳实、麦芽、代赭石, 以理气降逆, 使其补而不滞。阴阳调和, 升降相因, 脾胃之气冲和, 其证自愈。

案二朴某, 女, 朝鲜族, 53岁, 某年3月21日初诊。该患者曾有多年胃病史, 胃痛时作时休, 2004年9月我院上消化道胃镜检查为“萎缩性胃窦炎”、“十二指肠球炎”。刻下胃痛隐隐, 气逆呕吐, 口干咽燥, 口渴, 二便正常。舌质红、色淡 (舌两边明显) 舌面光滑如镜, 色淡红, 脉虚数。曾先后更医数人, 其证迁延至今未愈, 视其所服方药, 多为甘寒养阴之剂, 患者药后不受, 胃脘部有冷胀感、疼痛, 大便稀薄, 日数行。此乃甘凉濡润之剂而致。试投甘平清养之麦门冬汤加味, 宗张锡纯意, 以生山药代粳米。予麦冬20g、半夏15g、人参15g、炙甘草10g、生山药30g、大枣10枚、玉竹15g、石斛15g、陈皮15g、枳实15g、麦芽20g, 每剂水煎早晚服, 共5剂。药尽5剂后诸症缓解, 继以上方增减, 药进21剂, 诸症消失, 舌色转淡红、鲜明红活, 舌苔薄白滋润, 舌体柔软, 痊愈。

按:前医药进甘寒之剂, 且药量过大, 伤其胃气, 故患者药后不受。改投甘平清养之麦门冬汤 (本方乃竹叶石膏汤去辛寒之竹叶石膏而成) 。宗张氏意, 以生山药代粳米, 既能调和胃气, “兼能固摄下焦元气”, 使元气素虚者不作滑泻;加甘淡微寒之石斛, 玉竹养阴清热, 益胃生津;陈皮、枳实、麦芽以行气消导, 使其补而不腻不滞;以王道和平之剂, 缓而图之, 养阴以益其胃, 益气以生其津, 脾气得生, 胃气得降, 气机通, 中气旺, 化源充, 其证自愈。

案三崔某, 男, 朝鲜族, 41岁, 某年4月17日初诊。该患者于海外劳务归来, 亲友相聚, 日夜饮酒欢庆, 如此十余日, 而致头痛、牙痛、夜不能寐, 当地予青霉素静点, 其证略有缓解。刻下上下牙龈红肿, 口干口渴, 喜冷饮, 恶心, 纳呆, 饥而不欲食, 大便燥结, 舌色暗、晦红、舌面如镜多裂纹, 脉弦长而数, 按之有力。此乃阴虚火盛相因为病, 嘱其戒烟酒, 适劳逸, 禁辛辣之味。予生石膏40g、熟地20g、麦冬15g、知母15g、牛膝20g、代赫石30g, 水煎早晚服, 共5剂。药尽5剂, 大便得通, 头痛、牙痛消失, 夜已安然入睡, 饮食大增, 口干口渴缓解。再诊详问其病因, 患者于海外操海上捕捞作业, 事业艰辛, 饮食无定时, 冷暖失调, 有胃痛之旧疾, 继予沙参20g、麦冬15g、石斛15g、天花粉25g、乌梅5枚、木瓜15g、枳实15g、麦芽20g、代赫石20g、白芍15g、炙甘草10g, 水煎早晚服, 共5剂。药服尽, 舌色转淡, 舌面裂纹变小, 较大裂纹可见丝状相连状, 诸症大减, 脉弦细略数。上剂增减, 前后用药30剂, 诸症消失, 舌面裂纹消失, 舌色淡红鲜明, 舌体大小适中柔软, 苔薄白滋润, 痊愈。

按:该患者正值壮年, 相火偏旺, 且酒乃“纯阳毒物也” (时珍语) , 与火同性, 其味辛甘, 升扬发散, 其气燥热, 热能燥金耗血。过饮不节, 而使胃火炽盛, 更伤其阴, 火随气升, 血随气涌, 并于牙龈而致红肿热痛, 伤其阴津, 而致口干、烦渴、舌如镜面。方投玉女煎以清胃热, 加代赫石降胃镇冲, 牛膝引上逆之血下行。胃气得降, 气血得行, 诸症得以缓解, 继以甘凉濡润之剂, 缓图其功。诸药相伍, 使胃气得降, 阴阳调和, 胃气来复, 其证自愈。

浅谈清水镜面砼施工 篇3

关键词：清水镜面混凝土,施工,工艺,技术措施

1 什么是清水镜面?

清水镜面混凝土是在清水混凝土基础上发展起来的一项新技术, 因其表面具有大理石、花岗岩等块材的镜面装饰效果, 近年来在我国的一些公共建筑、工业厂房中得以应用实施, 但目前国家尚未制定有关清水镜面混凝土的技术规程及施工质量验收规范, 使得清水镜面混凝土的施工处于一种探索阶段。就作者的实践简要阐述施工工艺:

1.1 模板工艺

1.1.1 模板的选用

本工程模板选择18mm厚1220×2440mm酚醛覆膜胶合板。

1.1.2 模板拼装设计与木线条工艺

模板拼装应保证表面平整、无错位, 在分段模板连接处的缝隙填充5mm厚的海绵条, 以拼缝均匀美观为原则进行模板加工安装前的预拼装设计。为了保护模板的完整性, 应尽量按模板规格进行分缝。加固用方木要统一过大压刨, 以确保尺寸精确统一。模板组合拼装时, 严禁模板缝, PVC内贴板缝与方木接合缝三缝合一, 三缝均要错开, 方木加固要与模板拼缝垂直设置;PVC内贴板缝间要用腻子补齐后粘贴2cm宽透明胶带纸;大组合模板接头处应将模板边缘用手工刨推平, 然后贴上双面胶带, 保证对齐后再进行拼接;加固用钢管箍或方钢箍严禁挠曲、变形, 且必须具备足够的强度和刚度, 确保清水镜面砼表面平整。

在模板接缝处增加木线条, 通过合理布置使混凝土外观达到块材的装饰效果。木线条采用梯形截面, 厚度10mm, 上口宽度20mm, 下口宽度15mm, 用透明单面胶包裹后, 用装饰射钉固定在模板上。

1.1.3 预埋件的安装工艺

预埋件安装时先在已粘贴PVC板的模板上标出预埋件位置, 用Μ4螺栓将预埋件紧固在模板上。同时在预埋件四周与模板间加垫2mm厚海绵条, 防止二者之间夹浆, 影响混凝土表面质量。

1.1.4 模板的加固工艺

模板加固时, 应尽量避免或少量使用对拉螺栓。对于截面比较小的构件, 可通过加大竖檩和围檩, 只在构件四周外设对拉螺栓;对于大截面构件和板墙必须采用中间对拉时, 应合理布置对拉螺栓位置。对拉螺栓布置在模板接缝木线条位置, 模板内采用5mm厚对拉扁铁, 穿越模板外两端采用对拉螺丝接长, 从而避免对拉螺栓给镜面混凝土留下痕迹。若确实需要采用对拉螺栓, 两端可套专用塑料堵头, 可避免螺栓孔周围漏浆起砂。

1.2 钢筋安装

为保证柱截面尺寸、柱筋间距, 在每施工层楼板结构标高以上100mm处布设一道卡位钢筋, 在浇筑板混凝土之前套上, 卡位钢筋周转使用。板面必须设置定位箍筋, 并与柱筋焊接。梁板钢筋宜在浇筑完下层柱砼后方进行绑扎, 以利柱混凝土下料和浇筑保护层均采用塑料卡, 可以较好地控制保护层厚度, 防止镜面混凝土因保护层不足产生反锈或采用其它垫块对镜面混凝土表面的不利影响。把塑料卡卡在墙、柱、梁、板钢筋上, 间距1m。

1.3 混凝土施工

1.3.1 清水镜面混凝土的配合比设计

混凝土外观产生镜面效果的内因主要是水泥水化时产生的水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶及氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫酸钙晶体。设计配合比时, 必须保证水泥浆能产生足够的上述凝胶和晶体, 并保证水泥浆在光滑模板表面均匀分布。在镜面装饰混凝土中, 掺加粉煤灰会导致水泥的份额不足以及在振实混凝土过程中粉煤灰与水泥分离、使分布不均匀, 影响混凝土的镜面效果, 故应避免掺加粉煤灰;由于掺加减水剂容易产生气泡, 可掺加适量的减水剂, 在不大量增加混凝土气泡的情况下改善混凝土的和易性, 满足混凝土产生镜面效果的条件。

1.3.2 混凝土养护

由于模板内贴PVC板, 密封好, 透气性差, 混凝土与模板接触表面的水分很难蒸发, 可以保证水泥水化所需的水。因此, 养护工作主要是对模板上口混凝土表面保湿养护。本工程梁、柱均采用在模板上淋水, 7d后拆模的养护方法, 拆模后立即用塑料薄膜包裹继续进行养护。

2 清水混凝土施工质量通病的控制措施

2.1 柱根部漏浆的防治与消除

第一, 柱模板支设前, 应对柱根部模板支设处用1:2水泥砂浆找平, 找平层要用水平尺进行检查, 确保水平平整 (适用于承台面、楼层面上的柱构件) ;第二, 柱模板下口全部过手推刨, 确保下口方正平直, 柱模板底部还要粘贴一道双面海绵胶带 (要与柱内边尺寸齐) , 以利模板与找平层挤压严密;第三, 柱根部应留设排水孔, 模板内冲洗水利于排除, 浇砼前要用砂浆将排水孔与柱根部模板周围封堵牢固;第四, 对于柱与柱接头处, 可在下层柱面上、模板根部部位水平粘贴二道一定厚度的海面胶带, 支设加固模板时, 可保证模板底部与柱面挤压紧密;第五, 浇筑砼前必须接浆处理, 即在柱根部均匀浇筑一层5~10cm厚的同配合比的水泥砂浆, 严禁无接浆浇筑砼。

2.2 砼表面起皱的防治与消除

为达到清水砼表面的镜面效果, 在木线条上、PVC板接缝处都要用胶带纸进行粘贴, 正是因为施工中胶带纸起皱造成了砼表面起皱, 为做好此项工作的防治与消除, 必须防止胶带纸起皱。第一, 贴胶带纸时, 尽可能一次到位, 严禁撕开重贴, 确实需要重贴时, 须更换胶带纸, 要从一边往另一边赶贴;第二, 木线条上可适当涂刷万能胶, 以增加粘结力, 胶带纸中若存在气泡, 要按第二部分所述方法进行消除。

2.3 砼表面气泡的防治与消除

清水镜面砼模板在砼浇筑过程中排水、透气性差, 因此砼振捣的质量水平很大程度决定于砼表面气泡的多少。第一, 砼应分层浇筑, 采用测杆检查分层厚度, 如50cm一层, 测杆每隔50cm刷红蓝标志线, 测量时直立在砼表面上, 以外漏测杆的长度来检验分层厚度, 并配备检查、浇筑用照明灯具, 分层厚度应满足要求, 待第一层砼振捣密实, 直至砼表面呈水平不再显著下沉和产生气泡为止, 再浇筑第二层砼, 在浇筑上层砼时, 应插入下层砼5cm左右, 以消除两层之间的接缝;第二, 砼振捣应插点均匀, 快插慢拔, 每一插点要掌握好振捣时间, 过短不易捣实和气泡排出, 过长可能造成砼分层离析现象, 致使砼表面颜色不一致;第三, 砼振捣时, 振动棒若紧靠模板振捣, 则很可能将气泡赶至模板边, 反而不利于气泡排出, 故振动棒应与模板保持150~200左右间隙, 利于气泡排出;第四, 砼的坍落度、和易性和减水剂的掺入都对砼振捣产生一定的影响, 我们可选用合理的外加剂, 适当增加砼搅拌时间, 适当增大坍落度等方法, 在利于砼振捣同时, 对减少砼气泡的产生有一定的益处。

2.4 砼表面颜色不一致、无光泽的防治和消除

砼表面颜色一致、光滑、有光泽是清水镜面砼的一个显著特征, 如何防止砼表面颜色不一致或无光泽就显得较为重要, 根据以往工程施工经验, 第一, 是在木胶合板上粘贴一层光洁光滑的PVC内贴板, 所用胶涂刷要采用专用橡胶刮板, 保证粘贴面涂刷均匀, 厚薄一致, 胶过稠时可考虑掺兑稀料, 并要准备好橡皮锤, 粘贴后轻敲其粘贴面, 排出气体, 使之粘贴牢固。

2.5 预埋件处理

“镜面人”:内脏反位生长 篇4

无意中得到这种神技能有什么用吗?答案是:当然有!关键时刻可以救你一命啊!仇家拿枪打心脏的位置, 想象中的一击毙命却迟迟没有到来……1962年的007电影《007之诺博士》 (Dr.No) 用的就是这个桥段。电影中诺博士告诉邦德, 若不是自己天赋异禀心脏在右, 早就被谋杀了……

世事凶险, 如此神技能怎么获取?父母都是正常人, 有没有可能生下这样的宝宝呢?答案是:有可能!内脏反位受常染色体隐形基因控制, 虽然自己可能不是, 但说不定体内携带这种基因, 你的后代会毫无征兆地成为“内脏反位人”哦。

图中R (蓝色) 和r (红色) 是一内脏反位的等位基因, 由于是隐性遗传, 只有新生儿的基因型是r r时才会出现内脏反位的情况。所以如果父母都携带有r基因, 那么孩子出现内脏反位情况的概率则为1/4。

除了遗传自父母之外, 内脏反位还有可能来自“镜面双胞胎”。同卵双胞胎中, 如果受精卵分裂的过晚, 就有可能在双胞胎二人身上出现一些相反的特征, 例如左撇子与右撇子、对称的胎记或内脏。这样的双胞胎在面对面时, 真的和照镜子感觉一模一样。

内脏反位的发现率是0.01%, 也就是万分之一。如果地球人口有80亿, 那么就有80万人是内脏反位的。不过实际上, 除了一开始提到的右心位内脏反位 (所有内脏都反位) , 还有左心位内脏反位 (心脏还在左边, 身体其他器官反位) 。早在1643年, 意大利的外科手术师和解剖学家Marco Aurelio Severino就发现了心脏生在右侧的人。一个多世纪之后, 出生于苏格兰的内科医生、病理学家Matthew Baillie在他的出版物《一些人体最重要部分的病态解剖》 (T h e Morbid Anatomy of Some of the Most Important Parts of the Human Body) 中则描述了内脏完全反位的“镜面人”情况。

古代要想发现一个人的内脏异常只能依靠手术或者死后解剖, 但现在用听诊器就可以初步断定。不过听只限于右心位的内脏反位, 左心位及进一步确诊还是要依靠X射线、C T扫描、核磁共振或者超声波等检查途径。

如果检查出来自己真的是内脏反位也不用慌张, 很多病人除了内脏所处位置与正常人不同之外并没有任何其他不适, 唯一需要注意的就是在就医时要把自己的特殊情况告知医生, 以免耽误正常治疗。

由于内脏反位是遗传疾病, 婴儿一降生就会是这样, 有些患者会伴有先天性心脏病或其他心脏疾病, 此时去医院正常治疗就可以, 不推荐通过手术把心脏位置变回来……

除了心脏可能出现问题, 大约有20%的内脏反位患者会出现肺部主要纤毛运动障碍 (Primary Ciliary Dyskinesia, P C D) , 这会导致肺内部肌肉增长, 引发慢性支气管炎和鼻窦炎, 这种病症被称作卡塔格内综合征 (Kartagener Syndrome) 。

超光滑镜面散射测量方法研究 篇5

随着光学技术的飞速发展,光学元件表面粗糙度及其引起的光散射越来越受到人们的普遍关注。测量光学元件的表面散射对研究光学元件的散射损耗和获取表面微观几何形状的信息具有重要的意义[1]。光学表面的散射测量方法主要包括了角分辨散射测量法和总积分散射测量法,这两种方法分别以矢量散射理论和标量散射理论作为理论基础[2,3]。角分辨散射(Angle Resolves Scattering,ARS)测量法是测量散射光的光强及其分布的,从而测量光学表面粗糙度参数[4,5,6]。在角分辨散射测量法中,一束激光入射到样品表面后,会发生反射和散射,其镜向反射光和散射光分布在一个半球面内。当光学表面非常光滑时,光强主要分布在镜反射方向,当光学表面粗糙,镜向方向的反射光强就越弱,其他方向上的散射光就越强。在ARS测量装置中,通常会以样品为中心,光电探测器围绕样品在半球面内转动,从而测得半球面内的散射光分布。在总积分散射法(Total Integrated Scattering,TIS)中,入射光以很小的入射角投射到样品表面上,用积分球来收集样品表面的漫反射光或者包含镜向反射光在内的总体反射光。标量散射理论在粗糙度较小的条件下建立起了样品表面最基本的综合统计特征参数-均方根(Root Mean Square,RMS)粗糙度与其半球内所有反射方向上的TIS之间的关系,因此,可以说TIS通过对散射场的统计来表征表面特性,这也使得总积分散射法成为一种测量表面均方根粗糙度的便捷方法。ARS法和TIS法均为非接触式的散射测量技术,不会损伤被测样品的表面,但是这两种方法又各有优缺点:ARS法主要的优点是可以准确测量散射光的空间分布,并且通过对其进行全空间的积分,可以得到光学表面的总积分散射值;但是不足之处在于其仪器结构复杂,成本较高,而且测量结果易受测量环境和实验条件的影响。TIS法具有仪器结构简单、易于测量、测量精度高、不易受环境因素影响等优点,可被广泛应用于光学加工尤其是高精度光学加工的质量控制中[7]。

高反射率镜表面的粗糙度,划痕以及表面疵病是产生散射损耗的重要因素,而且当光源功率较大时,这些散射损耗对光学系统的影响也会随着光源功率的增大而增大,因此测量高反镜的散射光总量对于光学系统有着重要意义。由于散射光所占的比重很小,实验系统灵敏度要求很高。本实验就是测量超光滑表面散射光的总量,不需要测量散射光的空间分布,综合考虑,采用TIS法作为实验方法,直接便捷。

1 实验方案

采用TIS测量,光源以微小的角度照射到样品表面上,被表面散射的偏离镜向反射方向的那部分散射光强由积分球收集。该方法具有仪器结构简单、成本低、测量速度快、不易受环境影响等优点。

1.1 散射原理

从目前的加工技术来说,一块光学镜面不可能是完全光滑的,总会存在表面粗糙度和各种各样可能的表面缺陷,而光学元件表面的粗糙度、疵病以及划痕会导致散射。如图1所示,当一束单色平行光投射到光学元件表面时,它的反射光会分为两部分,一部分是镜面反射光,一部分是散射光[8]。镜面反射光和散射光的强弱均会随着表面粗糙度等影响因子的改变而发生改变。如果一块镜面越光滑,镜向反射光就会越强,散射光就越弱;如果一块镜面表面越粗糙,镜向反射光就会越弱,散射光就越强[9]。

如果R0是总反射辐射,Rd是散射辐射,Rs是镜面反射辐射,ni是入射介质的折射率,θi为入射角,σ是RMS值,则表面的总积分散射TIS的值α可表示为[8]

当表面粗糙度远远小于入射波长(σ<<λ)时:

在空气中垂直入射的情况下又可表示为

由式(3)可知,当在空气中垂直入射时,TIS的值仅与入射光的波长以及粗糙度均方根值有关。由于试验样品是一块高反镜,因此该样品的粗糙度均方根值很小,由式(3)可知,TIS的值也会很小,因此需要对总积分散射仪的测量精度有着较高要求。

1.2 实验装置

总积分散射仪的核心部件是一个积分球,其作用是收集散射光。装置还包括光源和探测器。光源选用的是650 nm的半导体激光器,探测器选用的是灵敏度很高的光功率计。

积分球所以被广泛应用,本质上在于它的混光特性。光束进入积分球并且经过多次漫反射后,就可以消除因被测样品的不均匀性和探测器件受光面的不均匀性带来的影响。另外积分球还是一个比较理想的消偏振元件,从而消除了实际测量中偏振带来的影响。积分球通常是用金属做成一个内部空心的球,在球的内表面均匀喷涂一层具有理想漫反射特性的材料。该涂料应该具有对不同波长的光呈中性且反射率高等特点。这是为了当使用多种不同波长的单色光进行实验时,该涂料对不同波长的光的反射率不会有太大的变化,对实验不会造成太大的影响。实际中常用氧化镁、硫酸钡或聚四氟乙烯等作为内层涂料。它们的光谱反射特性在可见光、近红外区域起伏不大。本实验装置中的积分球内层喷涂的是硫酸钡。

如图2所示:一束辐通量为Φ(λ)的辐射光经开口S1进入内球半径为R的积分球内,投射在开口对面的内壁S2上。经内壁涂层多次漫反射后,最后在积分球内表面形成均匀的光照。设除入射光直接投射面S2外,其余内壁任意点M处的总照度为E(λ),它是由S2处出射光的直射照度和所有点(包括S2点)的多次漫反射照度叠加组成的。M点的总照度可表示[10,11]:

式中:E(λ)为M点的总光谱辐照度;PW(λ)为积分球内壁的光谱反射比;Φ(λ)为进入积分球的总光谱辐通量;R为积分球内球的半径;f为积分球总开口球面面积与积分球总的内部反射表面积(包括开口)之比。上式表明,当光束进入理想积分球后,除直接透射面S2外,球内表面任意点的照度(包括球壁开口处球面上的照度)只与球的几何尺寸(内球的半径,开口尺寸)、积分球内球涂层的漫反射比、进入积分球的总光谱辐通量有关,而与位置无关,达到了均匀照明的目的,因此对于在哪个位置开口放置探测器并没有严格的要求。

1.3 测量步骤

总积分散射仪对样品的测试过程大致包括以下三步:

1)测量背景杂散光的大小。入射激光束直接从积分球的中心穿出,此时采集背景信号,即先不放样品,得到功率计示数P1;

2)测量反射镜(样品)的散射强度。如图3所示,将带有反射镜(样品)的加持装置换上,由光源发出的光束,通过积分球光入口(S1)进入积分球照射在反射镜(样品)上,反射光从反射光孔(S2)中穿出,剩余的表面散射光在积分球内经过多次漫反射后在信号接收孔处(S3)被光功率计接收,得到功率计示P2;

3)测量标准漫反射白板的散射强度。如图4所示,将反射镜(样品)换下,激光束的入射角度不变,然后在样品位置处放表面涂有硫酸钡的标准白板,测量标准白板的总反射辐射,得到功率计示数P3;

图3中将镜面反射光引出了积分球,最终收集到的是散射光,图4中用的是漫反射板,最终收集到的是全部的反射光,包括镜向反射光和散射光。因此,最后可以根据这2个参数的比值来得到TIS的大小。

总积分散射值TIS就可以由下式计算得到:

2 实验及结果分析

实验所用装置图如图5所示,试验装置包括激光器,俯仰调整座,功率计和积分球。

实验所用光源是半导体激光器,工作波长650 nm,光源光束大小可调,工作电压为3 V∼5 V,激光器输出功率为20 mW。由于激光器出射光束存在散斑,故在激光器输出端加上一个可变光阑,减小光源散斑对实验结果的影响,光源的实际出射光束直径是2 mm。实验所用积分球的直径300 mm,积分球入口尺寸φ58 mm,样品口尺寸φ42 mm,探测器口尺寸φ45 mm,反射光出口尺寸φ42 mm。积分球的总开口尺寸面积大小是0.700 3 m2,开口比为0.6%。积分球的内壁涂料是硫酸钡。功率计的型号是Newport公司生产的2936-c,探测器的型号是918D-UV-OD3R。功率计的主要性能参数:信噪比(S/N)为1 453,响应度(Responsivity)是4.282E-1,测量范围可从5 n W到50 mW,测量不确定度2%。被测反射镜的大小30 mm,表面镀银膜,反射率为99.9%。

实验是用自制总积分散射仪对试验反射镜上5个不同点(后面的数据为10个点)进行采样,用功率计测量,并且多次取平均值测量数据见表1。德国汉诺威激光中心生产的633 nm总积分散射仪测试的数据见表2。

自制总积分散射仪选用波长650 nm的激光器,总共测量了10个不同的点,得到的平均值是446 ppm。德国汉诺威激光中心生产的633 nm总积分散射仪,总共测量了7 431个点,得到的平均值是447 ppm。均值相差1 ppm。德国633 nm总积分散射仪测量不确定度为5 ppm,自制总积分散射仪测量不确定度设计值为10 ppm,测量结果显示自制总积分散射仪能达到设计要求。

自制总积分散射仪测得TIS的均值与德国汉诺威激光中心生产的633 nm总积分散射仪测得的TIS均值相比较小,原因有两点:1)因为自制总积分散射仪选用的光源波长是650 nm,而德国汉诺威激光中心生产的总积分散射仪是633 nm,根据标量散射理论,TIS与波长之间是存在反比关系,波长越长,TIS值越小;2)自制总积分散射仪中积分球的镜向反射光开口中会有少部分的漫反射光漏出,这会使得测得的样品功率会偏小,最终导致测量得到TIS值偏小。

自制总积分散射仪的测量不确定度大于德国汉诺威激光中心生产的总积分散射仪,通过分析,原因有以下两点:1)实验环境不同。德国汉诺威激光中心生产的总积分散射仪是密闭的,外界环境对实验的影响很小,而自制总积分散射仪中激光器、积分球及探测器未集成为一体,不是封装的,相比而言,环境对实验结果的影响较大;2)德国汉诺威激光中心生产的总积分散射仪是全自动的,而自制总积分散射仪是人工操作,测量装调时,可能带入人为误差。

3 结论及改进

根据总积分散射测量光学表面散射量的基本原理,搭建了一种用于光学表面散射量测量的总积分散射装置,并用该系统进行了测量分析,通过与德国汉诺威激光中心生产的633 nm总积分散射仪的测量结果进行比较,结果均是从300 ppm到500 ppm之间,验证了该套装置的灵敏度符合要求,可以用于高反镜散射量的测量。

目前仅进行了单波长可行性验证,今后还需开展光谱特性研究及实验、积分球开口尺寸对测量的影响分析及提高信噪比技术研究等。另外实验装置中激光器、探测器及积分球未集成为一体,测量时装调不便,所以还需对测试装置进行完善。

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镜面磨削工艺参数的选择与设计 篇6

镜面磨削主要用于加工精密轧辊、精密线纹尺等需要特别光洁的精密零件的外圆或平面。磨削圆柱面的圆度 不大于0.5μm, 直线度不 大于1μm/300mm;磨削平面的平面度不大于3μm/1000mm。工件精度靠机床保证, 镜面效果要靠工艺保证[1,2]。

1镜面磨削的原理

镜面磨削是利用砂轮上等高微刃进行的精密加工。大量微刃同时参加磨削, 形成光滑表面, 这是形成镜面的主要因素。其次是微刃在切除切屑后, 由于磨损而变钝, 在工件表面上产生摩擦、挤压、压光和抛光作用, 这是形成镜面的第二个因素。第三个因素是进行无火花磨削, 镜面形成过程是反复进行无火花磨削的除去表面上切削残留余量的过程[2,3]。

2试验方案

要使工件磨削后达到镜面效果, 除机床本身的精度、工件的硬度外。磨削参数的选择是关键。

本实验主要考察修整砂轮时工作台速度;磨削时工作台速度;工件线速度和过余进给量四个因素对工件粗糙度影响。

2.1实验条件

(1) MG1432W高精度万能外圆磨床

(2) 砂轮种类型号

精密磨削时:WAF280L400×50×203

镜面磨削时:WAW7K400×50×203石墨砂轮

(3) 工件:GCr15HRC60~62

(4) 锋利的单颗粒金刚石修正笔

(5) 冷却液 (乳化剂) :线切割专用工作液。型号:DX (南京中山油品厂)

(6) 冷却液过滤装置

(7) TR300表面粗糙度形状测量仪

主要技术参数:最高分辨率0.000125μm/8μm.

残余轮廓Ra<0.005μm.

示值误差< ±5%.

示值变动性 < 3%.

2.2实验准备

(1) MG1432万能外圆磨床的空运行:目的是让机床的各运动部件充分运动, 使机床达到热平衡, 尤其是工作台在低速运动时无爬行现象。

(2) 试件:材料GCr15, HRC60~62、Φ50×100, 10件。进行镜面磨削之前首先仔细研磨中心孔去除氧化皮并使中心孔的光洁度达到▽10, 并在普通外圆磨床上进行粗磨, 使各工件没有锥度且外径尺寸一致。然后在MG1432外圆万能磨床上磨削。

(3) 砂轮的修整规范:

用单颗粒金刚石修正笔修整砂轮时, 修正笔随工作台纵向往复运动, 在砂轮表面刻出左右两个旋向的螺旋线, 两个旋向的螺旋线相互干涉 (牙顶和牙顶重合形成高点、牙底和牙底重合形成低点) , 如果工作台左右两个方向运动速度相等, 从微观上看砂轮则被修整成了椭圆。但是由于磨床工作台是用液压驱动的, 所以左右两个方向运动的速度不可能相等。因此由牙顶重合的高点会呈螺旋线排列在砂轮表面。为了使砂轮有更多的磨粒参加磨削, 操纵机床不进刀地光修几次, 去除高点使砂轮更平整[4]。

砂轮修整的过程就是用金刚石把砂轮表面剥掉一层的过程, 那么会有一些磨粒已经松动但并未脱落, 在磨削的过程中这些磨粒脱落便会划伤工件表面。这些划伤不但影响实验结果, 而且在镜面磨削的过程中很难去除。所以修整完砂轮之后开大冷却水冲刷砂轮表面, 并用塑料板或加布胶木板在砂轮表面轻轻地磨, 以去除松动的磨粒。然后用牙刷仔细刷洗砂轮表面[5]。

2.3实验结果

各种因素对工件粗糙度的影响见表1, 表2, 表3, 表4, 磨削效果见图1。

Vs—砂轮修正速度;n—工件转速;Vg—磨削时工作台速度;S—过于进给量。

3结论

在相同实验条件下, 仅改变工件转速, 其余各工艺参数均相同时, 工件转速越小在镜面磨削时其表面光洁度越高, 精度越高。

在相同实验条件下, 仅改变磨削时工作台速度, 其余各工艺参数均相同时, 磨削时工作台速度越小, 在镜面磨削时其表面光洁度越高, 精度越高。

在相同实验条件下, 仅改变磨削时砂轮修整速度, 其余各工艺参数均相同时, 磨削时砂轮修整速度越小在镜面磨削时其表面光洁度越高, 精度越高。

参考文献

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