现代光学测量技术范例(3篇)

现代光学测量技术范文篇1

关键词：煤矿测量；测绘技术；应用

中图分类号：TD-05文献标识码：B文章编号：1009-9166（2010）029(C)-0092-01

前言：煤矿测量技术存煤矿生产过程中发挥着莺要的作用。煤矿测量的现代任务是：在煤矿勘探、设计、开发和生产运营的各个阶段，对矿区地面和地下的空间、资源（以矿产和土地资源为主）和环境信息进行采集、存储、处理、显示和利用。为合理、有效、开发资源、保护环境和治理环境服务，为工矿区的特续发展报务。为了实现矿井的高产高效。煤矿测量必须充分应用现代测绘仪器和技术，将先进的现代技术同煤矿测量的实际工作相结合．拓宽煤矿测量的生存空间和业务范围。促进煤矿测量的改革和发展。适应市场经济体制和煤矿体制改革的需要。本文介绍了GPS技术、GIS技术、RS技术及三维激光扫描技术在煤矿测量中的应用。

一、GPS技术及其在煤矿测量中的应用

（一）GPS技术简介。全球定位系统GPS（GlobalPositioningSystem）全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测等多种学科。（二）GPS技术在煤矿测量中的应用。1、建立矿区控制网。2、矿区大面积沉陷监测。3、建筑物及井筒变形监测。4、露天矿边坡稳定测。5、露天矿车辆实时调度等

二、GIS技术及其在煤矿测量中的应用

（一）GLS技术简介。地理信息系统GIS（GeographicInformationSystem）是空间信息存储、编辑、处理、评价、分析、显示、模拟等的技术，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果，具有实时动态修改数据、进行图形编辑的功能。（二）GIS技术在煤矿测量中的应用。1、矿山各种图形的绘制。2、各种数据管理、查询、分析。3、与调度系统结合，井下生产实时监控。

三、遥感技术RS及其在煤矿测量中的应用

（一）RS技术简介。通过航空和航天遥感监测地表土壤光谱与植被光谱变化，获得塌陷范围、农作物、植被生长情况，从而研究地下开采对生态环境的影响，寻求合理的开采措施和方法，保护地面生态环境。（二）RS技术在煤矿测量中的应用。1、地表沉陷范围、沉陷程度监测。2、煤矸石范围、污染程度监测。3、城市热辐射监测。4、地位变化监测。5、露天矿边坡稳定性监测等。

四、三维激光扫描技术及其在煤矿测量中的应用

（一）三维激光扫描技术简介。由三维激光扫描仪、数码相机、GPS定位装置、降台、旋转平台、软件及附件构成。用其采集的数据与全球标准的坐标系融合，并可以多种不同的格式输出，还可以通过软件与V.C++结合转换成原代码。与传统测量方法相比，具有以下优点：1、使用简单、应用范围广泛，速度快，费用省。2、空间精确度比传统的测量方法定位精度高。3、获得实时三维信息。4、数据非常详细，高质量图像并可观察图片的据特征。5、精确高速的数据捕获、可有效减少数据采集分析的回转次数。6、多层次组合，可对实景进行完全的覆盖和细微的揭露。7、图像能够实现地质结构图中的纹理显示。（二）三维激光扫描技术在煤矿测量中的应用。1、地质剖面测量。2、露天矿边坡稳定性监控。3、地表移动变形监测。4、井筒安装及断面测量。5、井架安装及变形测量。6、巷道断面测量。7、露天量测量及管理。

五、煤矿测量技术发展中的困难

3S技术已在除煤矿、地下工程等以外的其他领域得到了迅速发展，但在煤矿测量中，因大量的日常测量工作是在井下进行的，而井下无法接收GPS卫星信号，使其应用极大限制。要将卫星发射的信息用于井下测量中，需解决岩层中的通信问题。可以采用的通信手段是以超声波作为载波，将信号通过岩层传到井下，实现井下的实时定位。要做到这一点，目前还有大量的研究工作需要做，其中最难，工作量最大的是分析超声波在各种岩性的岩石中传播的特性，以及准确及时的岩性物探方法。岩层通信技术如能研究成功，对井下安全保障将会极大改善，亦可及时掌握矿井灾害情况，为灾害救援及时提供信息。

结束语：煤矿测量作为一门交叉性学科，其发展和进步与采矿技术和矿业工程的发展、测馈科学技术与仪器设备的发展、其他学科如数理科学、计算机科学等的发展密切相关。现代测绘技术是建立在电子技术、空间技术、光学技术、计算机技术等基础上的综合性技术，并具有智能化、自动化等一系列优点。现代测绘科学技术迅猛发展，必然会促进煤矿测量的进一步发展。以现代测绘技术、矿业工程技术和相关科学技术为基础的煤矿测量，必将会形成集数据采集、处理、管理、传输、分析、表达、应用、输出为一体的智能化、自动化的技术系统．为矿区资源环境信息系统的建立提供基础性的资料，促进煤矿可持续发展。

作者单位：山西义棠煤业有限责任公司

参考文献：

[1]郭达志,汪云甲.矿山测量的现代任务与工矿区的可持续发展.侧绘通报,1997.

[2]高金辉等.国内外矿山测量仪器现状及发展趋势.矿山测量,1998.

现代光学测量技术范文

关键词：检测技术；制造工业；在线检测；发展方向

中图分类号：th186文献标识码：b文章编号：1009-8631（2013）01-0041-01

1引言

检测技术是现代制造业的基础技术之一，是保证产品质量的关键。随着现代制造业的发展，许多传统的检测技术已不能满足其需要，表现在：现代制造产品种类有很大的扩充，现代制造强调实时、在线、非接触检测，现代产品的制造精度大大提高。现代加工工业正在向高速、精密、自动化、大批量生产的方向发展，传统的制造技术及生产管理模式正发生巨大变革。目前，在工业发达的国家里，一般工厂能稳定掌握lum的加工精度，通常将加工精度在0.1-lum的加工方法称为精密加工，而将0.lum的加工方法称为超精密加工。由于精密加工和超精密加工技术是固体电子元件、航天机械、激光用光学元件、核聚变装置零件等加工的主要技术，许多工业发达国家都极为重视精密和超精密加工技术的发展。在我国，精密加工与超精密加工技术越来越受到重视，同时，制造过程中的自动化与高速化程度也越来越得到提高，这就要求与之相适应的高精度、高速度的自动化检测设备和先进的检测手段。我国机械行业中测量技术大部分限于静态测量，缺乏动态检测技术，尤其在大、微、特殊形状、特殊位置的测试上与国际先进水平相差较大。

2常用的检测基本形式

2.1手工检测技术。手工检测是使用千分尺、卡尺等常规量具、量仪人工校正测量，其效率低下，精度容易受到人为因素的影响，而且还导致了宝贵的机床机时的浪费，影响机床的利用及产品的加工质量。

2.2离线检测技术。加工工序之间、加工完成之后，将工件从机床上取下，利用其它检测设备（如三坐标测量机）进行检测。该方法一方面所采用的检测设备投资较大，由于我国大部分企业财力有限，因而难以具备高精度检测设备，这就给企业带来许多不变。另一方面，工件的多次装夹降低了生产效率，增加了重复定位误差，给生产和检测带来了诸多不变。

2.3在线检测技术。通过为机床配备一个触发式测头以及相应的检测宏程序，构成机床在线检测系统。该技术将加工和检测集成在一起，实现了加工过程中的自动检测，是一项很有发展潜力的检测技术。

3在线检测技术的优势及发展方向

3.1检测技术的发展历程。自然科学是人类认识世界和改造世界的强有力的武器，而自然科学的产生与发展都离不开测量。元素周期表的发明者门捷列夫说过：从开始有测量的时候起，才开始有科学。没有测量，精密科学就没有意义。新的测量方法标志着真正的进步，测试技术的水平是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之十八世纪末期，由于欧洲工业的发展，要求统一长度单位。经过一百年的变迁，在1889年第一届国际计量大会上，规定了铂铱合金制成的具有刻线的基准尺（含铂90%，铱10%）作为国际米原器。1960年第十一届国际计量大会规定了采用x86在真空中的波长定义米。随着激光技术的发展，光速测量精确度的提高，现已用光速来定义米，即米是平面电磁波在真空中1/2997924585内所行进的距离。伴随着长度基准的发展，几何量测量器具也在不断改进。在十九世纪中叶以前，机械制造业中的主要测量工具是钢板刻线尺，测量精度为11nrn。机械式测量器具，如游标卡尺和千分尺的出现，将测量精度提高到了0.01～1nrn。测量实现了检测的自动化，是一种基于计算机自动控制的在线检测技术。随着数控机床在生产中的广泛应用，在线检测技术将会成为一项很有发展前景的技术。在线检测是一个动态测试过程。动态测试的工作条件和工作环境比静态测试要恶劣得多，而对测试技术的要求则很高，涉及到如传感器技术、通信技术、自动控制技术及计算机应用技术等多学科、多技术领域，同时也需建立新的测试理论和测试方法。国内外从事精密计量的学者、专家自七十年代后期开始进行研究，对其测试方法、评定准则、评定理论提出了自己的看法，并建立了数学模型、理论研究日臻完善和成熟。

3.2在线检测技术的优势。在线检测技术的发展为数控加工过程的质量检测提高了一套行之有效的方法。数控机床目前广泛应用的是触

发式测头，具有价格低、可靠性强、自身精度高等特点。加工与检测在同一台设备上完成，避免了多次装夹、重复定位精度差及辅助时间长等问题。更为重要的是，其检测过程由数控程序来控制，械的空气轴承的回转精度，在半径方向为0.02um，轴向为0.02um；德国perthometerssp及英国talysuris轮廓计可测粗糙度等各种参数，测量结果数字显示并可绘图记录，显示范围为0.001-125um[4]，国内生产的轮廓仪可测量参数较少，最高测到ra0.05-0.025um；德国克林贝格公司制造的pnc65型齿轮测量中心，可适应din，agma，150及自定义的评定标准，该机是直接在机上自动校调三维测头，使测量元件绝对位置精确，具有较高的机械精度和良好的稳定性。由此可见，我国在测量方面综合利用新技术、新原理、新方法上不如先进的国家，为了赶超国际先进水平，我国的不少科研机构和院校都在积极地探索先进的检测原理和方法，如由天津大学和南京依维柯汽车有限公司联合研制的依维柯白车身三维激光视觉检测系统，采用激光技术、ccd技术，利用基于三角法的主动和被动视觉检测技术实现被测点三维坐标尺寸的准确测量，其性能指标达到国际先进水平。

3.3目前国内外在线检测技术发展的主要方向。第一，在线检测系统的研究。从单参数检测向多参数综合检测；从单机检测向全生产线以及全车间全厂的在线检测，从单纯检测向检测与控制的闭环系统，从应用于大批量生产向应用于中小批量生产的柔性检测系统发展；第二，微机化智能化。采用微机智能功能来保证在线检测系统能满足生产线上各种参数变化及外界条件干扰时，系统能迅速适应变化和排除干扰；第三，在线检测系统的可靠性。生产线要求长期连续运行，因此要求从可靠性设计开始，保证元器件制造、调试安装各环节的可靠性，并在系统中加入故障自检自诊断功能，从而提高在线检测系统的可靠度；第四，在线检测装置产业化。使装置模块化、通用化、标准化，以利于降低成本，推广应用。我国的在线检测技术，特别是光学、光电在线检测的应用，虽然起步较晚，但是随着光机电一体化仪器和装置及光电技术、计算技术的发展，在线检测技术已获得重大进展。采用微电子技术装备及改造新、老机床设备是当今科学技术发展的趋势，是用新技术改造传统工业的主攻方向，也是符合我国国情的一项有力措施。我国金属切削机床的拥有量已超过300万台，在数量上居世界第二位，但其技术状态很差，老机床、普通机床多，高效、精密机床少。作为工业生产过程中最重要生产手段的机床设备处于这种状况则难以提高产品质量、劳动生产效率和经济效益。因此利用在线检测技术可在现有的设备上提高产品的质量，提高生产率。

参考文献：

现代光学测量技术范文

Abstract：Inrecentyears，withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology，manyresearchesandexplorationshavebeendoneonthemethodandapplicationofluminescencetechnologyandaseriesofimportantimprovementandachievementshavebeengained.Throughstudyingandanalyzingtheprincipleofluminescencetechnology，examplesaregiventoexplainitsapplicationinsomefieldsathomeandabroad.

关键词：释光技术；热释光；光释光

Keywords：luminescencetechnology；thermo-luminescence；opticallystimulatedluminescence

中图分类号：TL816+.7文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）29-0323-02

1释光方法及其原理

自然环境中存在天然放射性元素，所以处于自然环境中的晶体（缺陷晶体）一般都接受天然辐射作用而存在释光现象。释光是一种特指的发光现象，是绝缘体或半导体积存的核辐射能量的一次性光释放。这种由晶体中发出的光就叫释光。晶体接受高能辐射之后，产生电子激子激发态。在一些材料中，这种激发态被缺陷俘获或禁锢（trappedorarrested）在晶格中而未得到释放，但这些能级并不稳定。如果是热激发，就叫热释光；如果是光激发，就叫光释光。

2释光技术在一些领域的应用

释光方法原多用于剂量学研究领域，后被用于考古研究。主要应用领域有：环境监测方面，主要应用于对核电站、大型辐照装置、城市放射性废物库、天然环境放射水平等的常规环境监测；个人剂量、辐射治疗方面，应使用能量鉴别式个人剂量计测定个人剂量当量；年代测定和地质学方面，主要集中在陶器、地质断层、熔岩、沉积物（黄土）、陨石等方面的年代测定。

2.1累计剂量监测技术

2.1.1热释光探测器又称作热释光剂量计（TLD），自上世纪60年代初以来得到较为迅速的发展。它具有很多优点，如灵敏度高、量程宽、测量对象广泛，可测X、β、γ和中子等射线。特别是在剂量测量领域中占有日益重要的地位。此外，在核医学、放射生物、地质研究中也是一种有效的工作。在辐射环境监测中累积和连续测量可提供完整的辐射剂量数据资料，有利于评价辐射环境质量和相关人群所受核设施排出物造成的外照射剂量，以CaSO4和LiF为材料的热释光剂量计，常用于环境累积剂量测量。

使用热释光剂量计测定从选片到测量整个过程较为繁琐，需要同时佩戴多个剂量计，由于光致光剂量计优异的性能及简单的测量方法，部分科研机构、个人剂量检测单位相继配备了监测仪器，并开展测量工作。光释光测定仪器精密昂贵，目前存在一些局限性，国家还未出台相应的技术规范，各单位的测量方法及质量保证措施也不尽相同。

2.1.2光致光辐射剂量计把具有光致光特性的物质作成片、条等形状，通过退火可以反复使用的剂量计。光释光现象又称为光致荧光。无机化合物受到γ辐射线与β辐射线照射后，用紫外线光激发所得的各种光谱的相关描述最早出现在1912年。之后有专家学者对红外光激发所得的各种发射光谱进行了深入研究。苏联于1955年举办的一次和平利用原子能会议上，苏联科学家AntonovRomanovskii首次提出用对远红外光敏感的SrS：Eu，Sm作为电离辐射剂量计的建议。为了区别这种剂量计与辐射光致荧光剂量计的不同，Schulman将其定义为光释光（光致荧光）（OpticallyStimulatedLuminescence，OSL）剂量计。受到测量灵敏度、测量方法等因素的影响和制约，以及热释光（TLD）剂量计的快速发展，光释光在辐射剂量测量方面的研究一直到了80年代中期才有了突破性进展。目前，用于个人剂量监测的商用剂量计已经投入使用。

与辐射光致荧光相比，光释光的不同点主要表现在：一发光机制不同。光释光的发光机制：在空穴结合的过程中，通过荧光辐射受激电子释放电子能量；辐射光致荧光的发光机制：在返回基态过程中，通过荧光辐射发光中心的电子受激到激发态而释放电子能量。通常情况下，光释光会被激发辐射清除发光中心，而辐射光致荧光不会被激发辐射所破坏发光中心（或者只有少许的破坏）。辐射光致荧光剂量计在辐射效应永久性的作用下，通常可以无限次的重复测量，甚至在剂量累积期间进行中期测量；二波长不同。在波长方面激发光和辐射光存在很大的差异，同辐射光相比，光释光激发光的波长要长，而辐射光致荧光激发光的波长要短。

2.2累计剂量监测技术仪器及设备监测仪器：在探测原理方面，物质内的晶格缺陷会捕获受到辐照后光致光读数仪的剂量元件所产生的电子空穴，受到外界激发后这些被捕获的离子会发射出光。在强度方面，发射光的强度与所受辐照的强度和激发的强度成正比。通过对激发光的强度进行控制，探测发射光的强度，对受照剂量进行计算。

退火装置：为去除光致光辐射物质的激发状态而进行光处理或热处理，采用高亮度蓝色发光二极管阵列作为激发光源，通过长时间的激发，使得剂量元件内的离子对全部被激发。

2.3考古研究在陶瓷中含有大量的石英、长石和方解石等矿物晶体，这些晶体长期受到α、β和γ等核辐射的作用，积累了相当的能量。如果加热陶瓷，将会观察到热释光现象，热释光的强度与其接受的核辐照的多少成正比。由于陶瓷所受的核辐射是来自于自然环境和陶瓷本身所含的微少的铀、钍和钾40等放射性杂质。在放射性剂量方面相对恒定，所以热释光的强度与受辐时间成正比。在烧制陶瓷的过程中，受高温的影响，原始的热释光能量会全部释放掉，就好比将TL时钟重新拨至零点。此后陶瓷重新积累TL信号，所以最后所测量得到的TL信号，与陶瓷的烧制年代成正比，这就是热释光断代的基本原理。

中国是陶瓷器的故乡，有大量文物。目前文物赝品很多，文物市场上90%的瓷器是假的，热释光数据已成为陶瓷断代的重要指标。由于存在天然辐射现象，辐射在物体中产生累积效应，晶体受照射时，产生缺陷，电子能级状态发生变化，辐射能量在晶体中沉积下来。热释光信号在陶瓷烧制时已被清零，根据热释光的强度可以计算出物体所受的总的辐射剂量，在测量出物体每年所受的放射性剂量，即可计算出年龄。

释光方法的基本点是利用矿物晶体对放射性辐射的响应，对样品长期埋藏点的周边环境的核辐射场效应进行研究，测定年代只是应用领域中的一个部分。

光释光测年技术是1985年由Huntley教授等提出的，国外研究以及应用都比较广泛。主要应用在晚更新世以来风成黄土、沙丘的形成演化以及相关的气候-环境演变时间序列、古水文演化、活动构造和古地震、海啸等方面。特别是2000年Murray和Wintle在总结和归纳前人研究的基础上通过大量试验提出了石英颗粒“单测片再生剂量技术”以来，光释光测年方法在上述应用方面都取得了一系列突出的新成果。

参考文献：

[1]王维达.河姆渡和甑皮岩陶片的热释光年代[J].考古学集刊，1984，4：321-327.