用读数显微镜测透明介质的折射率
【摘要】根据显微镜成像原理，设计了一种用读数显微镜测量透明介质折射率的方法。测量了玻璃、纯水、蔗糖溶液的折射率，证明该方法简便、可靠，具有一定的精度。
【关键词】读数显微镜；折射率；蔗糖溶液；不确定度
折射率是表征介质光学性质的重要参数。对弱磁性介质，其由介质的介电常数及光的波长决定。而介质的介电常数又与其分子结构、原子间化学键形式、成分和均匀性、溶液的浓度、密度、纯度等有密切关系。对介质折射率的准确测量在光学仪器、医疗、化工、制糖、乳制品、制药、饮料等诸多领域有重要意义，特别是通过折射率测量溶液浓度的技术，在上述领域已有广泛应用[1-4]。折射率是以光在真空中的传播速度与在介质中的传播速度之比来定义的，但通过直接测量光速来测量折射率难度较大。因此，测量折射率的方法一般都是间接方法，主要有折射法、干涉法、费涅尔公式法等。其中折射法最为常用，一般借助精密测角仪、棱镜折射仪、阿贝折射仪等，通过对角度的准确测定来实现[3-4]。这些测量仪器，虽有较高的测量精度，但由于造价高、装置体积大、操作不方便、对测量环境的要求高等因素的影响，对相关的生产和科研工作带来了诸多不便。本文介绍一种用三维读数显微镜，通过测量清晰像的物与物折射成像的位置，测量折射率的方法，可迅速方便地测量透明介质的折射率。通过对bk1玻璃、纯水、蔗糖溶液的折射率的测定，证明该方法简便、可靠，测量结果的不确定度达到0.001。
实验阿贝折射仪测介质折射率 折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，如全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试件而能直接测出被测材料的折射率等优点。但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3×10-4），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。 阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。 【实验目的】 1.加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。 2.了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法。 3.通过对葡萄糖溶液折射率的测定确定其浓度。 【实验仪器】 WAY阿贝折射仪、标准玻璃块一块，折射率液（溴代萘）一瓶，待测液（自来水，酒精，糖溶液）、滴管、脱脂棉及擦镜纸 【实验原理】 一、仪器描述 阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率（测量范围一般为1.4-1.7)，它还可以与恒温、测温装置连用，测定折射率与温度的变化关系。 阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图1所示。 望远系统。光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。当光线（自然光或白炽灯）射入进光棱镜1时便在磨砂面上
长度测量工具发展 工具简介 将被测长度与已知长度比较，从而得出测量结果的工具，简称测量工具。长度测量工具包括量规、量具和量仪。习惯上常把不能指示量值的测量工具称为量规；把能指示量值，拿在手中使用的测量工具称为量具；把能指示量值的座式和上置式等测量工具称为量仪。 智能之前 工具简史 最早在机械制造中使用的是一些机械式测量工具，例如角尺、卡钳等。 角尺卡钳 16世纪，在火炮制造中已开始使用光滑量规。1772年和1805年，英国的J.瓦特和H.莫兹利等先后制造出利用螺纹副原理测长的瓦特千分尺和校准用测长机。 瓦特千分尺新型测长机19世纪中叶以后，先后出现了类似于现代机械式外径千分尺和游标卡尺的测量工具。19世纪末期，出现了成套量块。 112块成套量块 继机械测量工具出现的是一批光学测量工具。19世纪末，出现立式测长仪，20世纪初，出现测长机。
新式测长仪测长机 到20年代，已经在机械制造中应用投影仪、工具显微镜、光学测微仪等进行测量。1928年出现气动量仪，它是一种适合在大批量生产中使用的测量工具。 浮标式气动量仪 电学测量工具是30年代出现的。最初出现的是利用电感式长度感应器制成的界限量规和轮廓仪。 界限量规轮廓仪 50年代后期出现了以数字显示测量结果的坐标测量机。60年代中期，在机械制造中已应用带有电子计算机辅助测量的坐标测量机。 三坐标测量机
至70年代初，又出现计算机数字控制的齿轮量仪，至此，测量工具进入应用电子计算机的阶。 计算机数字控制的齿轮量仪 工具分类 测量工具通常按用途分为通用测量工具、专类测量工具和专用测量工具3类。测量工具还可按工作原理分为机械、光学、气动、电动和光电等类型。这种分类方法是由测量工具的发展历史形成的。但一些现代测量工具已经发展成为同时采用精密机械、光、电等原理并与电子计算机技术相结合的测量工具，因此，这种分类方法仅适用于工作原理单一的测量工具。 通用测量工具 可以测量多种类型工件的长度或角度的测量工具。这类测量工具的品种规格最多，使用也最广泛，有量块、角度量块、多面棱体、正弦规、卡尺、千分尺、百分表(见百分表和千分表)、多齿分度台、比较仪、激光干涉仪、工具显微镜、三座标测量机等。 专类测量工具 用于测量某一类几何参数、形状和位置误差（见形位公差）等的测量工具。它可分为：①直线度和平面度测量工具，常见的有直尺、平尺、平晶、水平仪、自准直仪等；②表面粗糙度测量工具，常见的有表面粗糙度样块、光切显微镜、干涉显微镜和表面粗糙度测量仪等（见表面粗糙度测量）；③圆度和圆柱度测量工具，有圆度仪、圆柱度测量仪等（见圆度测量）；④齿轮测量工具，常见的有齿轮综合检查仪、渐开线测量仪、周节测量仪、导程仪等（见齿轮测量）；⑤螺纹测量工具（见螺纹测量）等。 专用测量工具 仅适用于测量某特定工件的尺寸、表面粗糙度、形状和位置误差等的测量工具。常见的有自动检验机、自动分选机、单尺寸和多尺寸检验装置(见自动测量)等。
用读数显微镜测透明介质的折射率 折射率是表征介质光学性质的重要参数。对弱磁性介质，其由介质的介电常数及光的波长决定。而介质的介电常数又与其分子结构、原子间化学键形式、成分和均匀性、溶液的浓度、密度、 纯度等有密切关系。对介质折射率的准确测量在光学仪器、化 医疗、工、制糖、乳制品、制药、饮料等诸多领域有重要意义，特别是通 过折射率测量溶液浓度的技术，在上述领域已有广泛应用 [1-4] 。折射率是以光在真空中的传播速度与在介质中的传播速度之比来定义的，但通过直接测量光速来测量折射率难度较大。 因此，测量折射率的方法一般都是间接方法，主要有折射法、干涉法、费涅尔公式法等。其中折射法最为常用，一般借助精密测角仪、棱镜折射仪、阿贝折射仪等，通过对角度的准确测定来实现[3-4] 。这些测量仪器，虽有较高的测量精度，但由于造价高、装置体积大、操作不方便、对测量环境的要求高等因素的影响，对相关的生产和科研工作带来了诸多不便。本文介绍一种用三维读数显微镜，通过测量清晰像的物与物折射成像的位置，测量折射率的方法，可迅速方便地测量透明介质的折射率。通过对BK1 玻璃、纯水、蔗糖溶液的折射率的测定，证明该方法简便、可靠，测量结果的不确定度达到0.001 。由于一般实验室均配备有读数显微镜，所以，该方法具有较高的推广价值。 1.测量原理与测量方法
选择特定颜色的印有小型文字的薄膜贴在读数显微镜载物台上，在显微镜中调出字迹（即物）清晰的像，记录显微镜物镜的位置X1；将待测厚平板玻璃放在载物台上，紧压字迹，调出 字迹清晰的像，记录显微镜物镜的位置X2;在平板玻璃上表面 X3。贴一同样文字，调出字迹清晰的像，记录显微镜物镜的位置由于显微 镜成清晰的像对观察物到物镜的距离有确定要求，则平板玻璃的实际厚度为H = X3-X1 ，视觉厚度h = X3-X2 ，如图1 所示。因为显微镜观察文字时，光线经玻璃上表面折射时的入射角和折射角和都非常小，所以 透明液体折射率的测量方法与平板玻璃类似，先将特定颜色的印有小型文字的薄膜贴在平底容器的内底部，将容器平置于载物台上，在显微镜中调出字迹（即物）清晰的像，记录显微镜物镜的竖直位置XI；向容器中注入一定深度（2-3cm）的待测液体， 调出字迹清晰的像，记录显微镜物镜的竖直位置X2;在液面上 撒些相应颜色的细粉笔末，调出其清晰的像，记录显微镜物镜的竖直位置X3,依据式（1），可算出待测液体的折射率［5］。为 避免液面弯曲对测量结果的影响，容器的孔径应大于6cm。 2.玻璃、纯水、蔗糖溶液折射率的测定与分析 表1列出了依据本文方法用长春第二光学仪器XX公司生产 的JXD型三维读数显微镜，测定的BK1玻璃、纯水以及五种不同浓度蔗糖溶液折射率的测量数据与测量结果，样品的温度为 17.1 C，选用的光色为蓝色，波长范围为450-490nm。表1还列 出了相应折射率的一些文献值。 从表1 可见，依据本文介绍的测量方法，用普通读数显微镜，对 BK1 玻璃和纯水的折射率的测量结果与文献[6] 发布的公认值符合得很好,其误差在不确定度范围以内。根据表1 的测量结果，我们用Origin 6.0 数据分析软件，对蔗糖溶液的折射率与其百分浓度的关系进行了线性拟合,如图2所示。拟合结果为
近代物理实验报告 指导教师： 得分： 实验时间： 2009 年 11 月 02 日， 第 十 周， 周 一 ， 第 5-8 节 实验者： 班级 材料0705 学号 200767025 姓名 童凌炜 同组者： 班级 材料0705 学号 200767007 姓名 车宏龙 实验地点： 综合楼 408 实验条件： 室内温度 ℃， 相对湿度 %， 室内气压 实验题目： 椭偏法测介质膜的厚度与折射率 实验仪器：（注明规格和型号） WJZ-II 型椭偏仪 实验目的： 1. 掌握椭偏法测量薄膜和折射率的基本原理 2. 学会使用椭偏仪测量固体表面上介质薄膜的折射率和厚度 实验原理简述： 反射型椭偏仪的原理是：用一束椭圆偏振光作为探针照射到被测样品上，由于样品对入射光中平行于入射面的电场分量（简称P 分量）和垂直与入射面的电场分量（简称S 分量）有不同的反射系数、透射系数，因此从样品上出射的光，其偏振状态相对于入射光来说要发生变化 1. 光波在介质分界面反射和透射的电磁波理论 光入射到两种均匀、各向同性的介质分界面上时，要发生反射和折射，如图（5-3-1）。反射角与入射角相等，折射角与入射角以及折射率的关系是： 2211s i n s i n ??n n = 或 1 212 222s i n c o s ??n n n -= 另外，根据麦克斯韦方程组和界面条件，可以得到菲涅耳公式：
??? ??? ? ????? ?+=-+= +-- =+-= )sin(cos sin 2)cos()sin(cos sin 2)sin()sin()tan()tan(211221211221212121??????????????????s p s p t t r r 2. 反射系数比G 定义反射系数比)] (exp[| |||s p s p s p i r r r r G δδ-= = 而通常G 往往被写成如下形式：)exp(tan ??=i G ψ 其中 || tan s p r r =ψ s p δδ-=? 根据前式，可以得到21 122112]tan )11(1[sin ???+-+??=G G n n 从式中可以看出， 如果n1是已知的， 那么在一个固定的入射角φ1下测定反射系数比G ， 则可以去顶介质2的折射率n2. 3. 光波在介质薄膜上反射和透射的电磁波理论——椭圆偏振光测量单层薄膜光学系统 如图（5-3-2）所示为“三介质二界面”模型，我们假定： 3.1薄膜两侧的介质是半无解大的，折射率分别为1n 和3 n 3.2薄膜折射率为2n ，它与两侧介质之间的界面1和界面2平行，并且都是理想的光滑斜面 3.3 三种介质都是均匀的各向同性的
影像测量仪与工具显微镜的差别 最近发现很多的客户都给我们亿辉光电的客服部电话。问影像测量仪与工具显微镜测量仪器有什么差别。下面，就由亿辉光电技术部人员为大家整理和分享影像测量仪与工具显微镜的差别。东莞市亿辉光电科技有限公司成立于2003年，是一家集精密检测设备研发、生产、销售为一体的高新技术企业。随着科学技术的发展，亿辉光电全自动影像测量仪等精密仪器也发展到一个更高领域。 影像测量仪是基于机器视觉的自动边缘提取、自动理匹、自动对焦、测量合成、影像合成等人工智能技术，具有点哪走哪自动测量、CNC走位自动测量、自动学习批量测量的功能，影像地图目标指引，全视场鹰眼放大等优异的功能。同时，基于机器视觉与微米精确控制下的自动对焦过程，可以满足清晰影像下辅助测量需要，亦可加入触点测头完成坐标测量。支持空间坐标旋转的优异软件性能，可在工件随意放置或使用夹具的情况下进行批量测量与SPC结果分类。 工具显微镜又称工具制造用显微镜，是一种工具制造时所用高精度的二次元坐标测量仪。它是利用光学原理将工件成像经物镜投射至目镜，即借着光线将工件放大成虚像，再利用装物台与目镜网线等辅助，以作为尺寸、角度和形状等测量工作，可作为检验非金属光泽的工件表面。此种仪器在立柱上装有一显微镜，放大倍率从10倍至100倍间等数种倍率，工具显微镜的测量系统光源 ( 灯炮 ) 通电后，光线依次经过二个透镜滤热镜 ( 片 )、镜径薄膜、透镜、反射镜、装物台、物镜、反射镜、目镜等，工件与物镜间的距离，随着放大倍率和工件厚薄，可利用对焦旋钮调至理想位置。 影像测量仪与工具显微镜的差别 在测量精度方面：工具显微镜精度比影像仪高。正常工具显微镜的精度是1+L/100um，而影像测量仪一般是3+L/200um。 在测量行程方面：工具显微镜由于光学构造的关系行程较小。据我了解，目前最大的也都是在300*200mm左右，而影像仪目前1米多行程的都可以做到。 在功能方面: 工具显微镜功能较简单，操作也比较麻烦，如报表的处理，CAD图形的转换等等。而影像仪使用相对比较人性化，操作方便直观。 在效率方面: 工具显微镜不能实现全自动测量，操作人员眼睛经常需要对准显微镜目镜进行分析测量，眼睛容易产生疲劳。而影像测量仪可以实现全自动批量检测，直接连接电脑，结合软件进行测量，大大减轻操作者眼睛的压力，大大提高了检测的效率。（网络转载，亿辉分享）
实验二透明介质折射率的测定 折射率是光学材料的重要参数之一，它与材料的温度、湿度、浓度等基本物理量有一定的关系，在科研和生产实际中，常通过测量折射率来获得材料的相关信息．本实验用掠入射法测定液体折射率，用光的折射法测固体折射率． ·实验目的 1．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法； 2．用掠入射法测定液体的折射率； 3．用像的视高法测固体的折射率． ·实验仪器 阿贝折射仪，移测显微 镜，钠灯，玻璃砖，水、 酒精等待测液体． 阿贝折射仪是测量固 体和液体折射率的常用仪 器，测量范围为1.3～1.7，可以直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为0.0003．测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高． 1 8 15 1反光镜；6阿米西棱镜手轮（色散调节手轮）；7色散值刻度圈；8目镜；10棱镜锁紧手柄；11棱镜组；13温度计座；14底座；15折射率刻度调节手轮（转动棱镜）；16校正螺钉；18圆盘组；19小反光镜；20读数镜筒；21望远镜筒 14 6 7 18 19 20 21 10 11 图2-1（a）WZS-1型阿贝折射仪结构图 16 13
1.阿贝折射仪的外部结构 实验用阿贝折射仪的型号有两种：WZS-1型阿贝折射仪结构见图2-1（a ）、2WAJ 型阿贝折射仪结构见图2-1（b ）． 2.阿贝折射仪的光学系统 WZS-1型阿贝折射仪的光学系统由两部分组成：望远系统与读数系统如图2-2所示． 望远系统：光线经反射镜1反射进入照明棱镜2及折射棱镜3，待测液体放置在棱镜 2与3之间，经阿米西消色差棱镜组4抵消由于折射棱镜待测物质所产生的色散，通过物 ) (a 384 5 2 1 7) (b ' 8' 710 119 1312 图2-2 阿贝折射仪光学结构示意图 1反光镜；2棱镜座连接转轴；3遮光板；4恒温器接头；5进光棱镜座；6色散调节手轮；7色散值刻度圈；8目镜；9盖板； 10棱镜锁紧手轮； 11折射标棱镜座； 12照明刻度盘聚光镜； 13温度计座； 14底座； 15折射率刻度调节手轮；16校正螺钉； 17壳体； 16 7 2 17 15 6 14 4 10 11 8 12 9 5 1 13 3 图2-1（b ）2WAJ 型阿贝折射仪结构图
折射率的测量与运用 1、周凯宁，肖宁，陈棋，钟杰，李登峰《3种测量三棱镜折射率方法的对比》实验室研究与探索，第30卷第4期，第22--26页，2011年4月 摘要：为了提高实验效率，并找一种更加简捷的测量三棱镜折射率方法，对垂直底边入射法进行了研究，并和传统的最小偏向角法和全反射法进行了比较。垂直底边入射法让入射光线垂直于三棱镜顶角的临边入射，通过测量出射角度间接测量三棱镜折射率。比较了3种方法操作的简繁程度、测量数据的准确性和结果不确定度。实验结果表明，垂直底边入射法的操作较之传统方法更加简便，数据和最小偏向角法的结果符合很好，数据准确性次于最小偏向角法。最小偏向角法在数据的准确性方面优于其他两种方法．全反射法的不确定度明显高于其他2种测量方法。采用垂直底边入射法可以有效地达到简化测量三棱镜折射率的目的。 2、黄凌雄，赵丹，张戈，王国富，黄呈辉，魏勇，位民《Er ：SGB 晶体主轴折射率测量》人工晶体学报，第35卷第3期，第442--448页，2006年6月 摘要：根据Er ：sbGd(BO ，)，(Er ：sGB)的透过率曲线粗略估计了该晶体的折射率，再利用白准直法，精确测量了30—170℃范围内，O ．4880m μ、O ．6328m μ、1．0640m μ、1．338m μ等波长下Er ：sGB 晶体的主轴折射率，得到seumeier 方程并计算了1319m μ下Er ：sGB 晶体的主轴折射率，与实验测量的结果进行比较，两者的差异不大于2×410-，处在测量误差的范围内，验证了实验结果的可靠性。 3、杨爱玲，张金亮，唐明明，孙步龙《LFI 法测量半透明油的折射率》光子学报，第38卷第3期，第703--704页，2007年 摘要：LFl 方法曾被用来测量大直径光纤的折射率．用一半盛油一半为空气的毛细管代替光纤，并用聚焦的条形光束照射毛细管，空气与油的干涉奈纹同时产生．根据空气的条纹可以确定参数6，根据一组已知折射率的标准样品可确定另一参数f ，同时可以建立标准液体最外条纹的偏折角与折射率的标准曲线．对于未知折射率的样品，一旦测量出其最外条纹的偏折角，从标准曲线上就可以读出其折射率．实测了一组半透明油的折射率，其结果与阿贝折射仪测量结果接近． 4、廖焕霖，罗淑云，王凌霄，彭吉虎，吴伯瑜，沈嘉，高悦广，宋琼《LiNbo 。电光调制器行波电极微波等效折射率的测量》电子与信息学报，第25卷第2期，第284--288页，2003年2月 摘要：LINb03电光调制器器的设计中，行波电射的微波等效折射率是一个重要的参数，该文通过自行设计的微波探针架及探针，采用差值的方法，在微波同络分析仪上对样品CPW 电极的微波等效折射率进行了测量．分析了实测值与理论值的偏差，给出了修正因子，研究了微波等效折射率随频率变化的色散现象，并对这种测量方法进行了误差分析，提出了减小误差的方法。 5、黄凌雄，赵玉伟，张戈+，龚兴红，黄呈辉，魏勇，位民《LYB 晶体主轴折射率测量与评价》光子学报，第37卷第1期，第185--187页，2008年1月 摘要：采用自准直法测量了在30℃～170℃范围内，0．473m μ、0．6328m μ、1．0640m μ、1．338m μ等波长下LYB 晶体的主轴折射率，得到Sellmeier 方程并
实验五 用掠射法测定透明介质的折射率 实验目的 １．掌握用掠射法测定液体的折射率。 ２．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法。 实验仪器 分光仪，阿贝折射仪，三棱镜两块，钠灯，水、酒精等待测液体，读数小灯，毛玻璃。 实验原理 １．用掠入射法测定液体折射率 将折射率为n 的待测物质，放在已知折射率为n 1（n ＜n 1）的直角棱镜的折射面AB 上，若以单色的扩展光源照射分界面AB ，则入射 角为π/2的光线Ⅰ将掠射到AB 界面而折射进入三 棱镜内，其折射角i c 应为临界角。从图5—5—1可以看出应满足关系 1sin n n i c = 当光线Ⅰ射到AC 面，再经折射而进入空气 时，设在AC 面上的入射角为φ，折射角为?，则 有 φ?sin sin 1n = （5－5－1） 除入射光线Ⅰ外，其他光线如光线Ⅱ在AB 面上的入射角均小于π/2，因此，经三 棱镜折射最后进入空气时，都在光线Ⅰ＇的左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时， 在视场中将看到以光线Ⅰ＇为分界线的明暗半荫视场，如图5—5—1所示。 当三棱镜的棱镜角A 大于角i c 时，由图5—5—2可以看出，A 、i c 和角φ有如下关系 φ+=c i A （5－5－2） 将（5－5－1）和（5－5－2）式消去i c 和φ。若棱镜角A 等于90度，可得 ?221sin ?=n n （5－5－3） 若棱镜角A 不等于90度，可得 ??sin cos sin sin 221???=A n A n （5－5－4） I II
因此，当直角棱镜的折射率n 1为已知时，测出?角后便可计算出待物质的折射率n 。 上述测定折射率的方法称为掠入射法，是应用全反射原理。 ２．用阿贝折射计测定透明介质的折射率 阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器，同时，还可测量出不同温度时的折射率。测量范围为1.3～1.7，可以 直接读出折射率的值，操作简便，测量 比较准确，精度为0.0003。测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高。 阿贝折射仪也是根据全反射原理设 计的。它有两种工作方式，即透射式和 反射式。阿贝折射仪中的折射棱镜ABC 和照明棱镜A ＇B ＇C ＇都是直角棱镜，由 重火石玻璃制成。照明棱镜的A ＇B ＇面经过磨砂，使透射式测量作漫射光源用。折射棱 镜的BC 面也经过磨砂，供反射式测量作漫反射光源用。 透射式测量光路如图5—5—3（a ）所示。将折射率为n 的待测物质放在折射率为n 1的直角棱镜的斜面上，其棱角为A ，并用光源S 照明。如果介质的折射率n ＜n 1，这时与图5—5—1相同，经棱镜ABC 两次折射后，由AC 面射出的光束，在望远镜视场中将观察到半荫视场，明暗分界线就对应于掠面入射光束，测出AC 面上相应的临界出射角?，即可应用（5－5－4）式计算出n 。 应用阿贝折射仪测定固体折射率时不用照明棱镜。对于加工有两个抛光面的固体样品，则光路可采用如图5—5—3（b ）所示的透射式测量，对于加工只有一个抛光面的固体样品。则可采用图5—5—3（c ）所示的反射式测量。 用光源S （一般为自然光）照亮折射棱镜上的磨砂面BC ，使之成为一个扩展的平面光源，从面上各点发出的光线I 、Ⅱ射抵AB 面上的E 点时，入射角均不相同。其中入射 角大于临界角i C 的，都发生在全反射后再由AC 面射出，同样，在望远镜对准Ⅰ＇观察 时，亦可看到半荫视场，只是明暗分布恰与透射光的视场分布相反，其临界出射角? 255—— 图 3 55——图 n B *
谈万能工具显微镜测量技术 发表时间：2020-02-27T15:51:41.463Z 来源：《建筑细部》2019年第17期作者：何艳[导读] 随着科技的发展，万能工具显微镜中又引入了数字化技术，进一步帮助测量人员快速，高效，精准的完成测量工作。 盐城市计量测试所江苏盐城 224007 摘要：万能工具显微镜是一种被用于多种行业的精密计量仪器。万能工具显微镜相对于传统测量工具，具备精准度高，稳定性强，操作方便的特点，广泛应用于需要高精度计量的行业，如机械，零配件加工等行业。它能够克服传统的计量工具的缺陷，减小计量误差，缩短计量所耗费的时间。本文简单介绍关于万能工具显微镜的测量技术。 关键词：万能工具；显微镜；测量技术 引言： 现代科技的发展，对机械加工等行业的要求越来越高，对精度的要求也越来越高。传统的测量方式已经无法满足现代科技对测量精度的要求。万能工具显微镜作为一种高精度测量仪器，利用多种测量方法可以进行多种几何量的测量，因此在精密测量中应用非常多。随着科技的发展，万能工具显微镜中又引入了数字化技术，进一步帮助测量人员快速，高效，精准的完成测量工作。1测量方法 1.1按测量坐标 直角坐标测量是万能工具显微镜常用的一种测量方法。这种测量方法，就是把仪器主体垂直方向的两条线作为X轴和Y轴，利用X轴和Y 轴建立坐标系，这样要测量某个被测件上特殊点的位置，就需要先确定测件基点的位置坐标，然后再找到特殊点的坐标。极坐标测量与直角坐标测量不同，要测量一个点的位置，首先确定极轴，再根据，与极轴夹角和离极点距离，确定所测点的位置。这种方法需要借助光学分度台来完成。圆柱坐标测量同样要借助光学分度台完成其测量工作。立体坐标测量除了要确定被测件某点的平面位置外，还要确定其在Z 轴的坐标位置。 1.2按测量方法分影像法利用被测件在万能工具显微镜的影像，通过显微镜的标记，然后对被测件进行瞄准测量的方式。轴切法则是利用万能工具显微镜的测量刀，利用显微镜标记，测件轴心线以及测量刀刻线，在被测件轴截面进行测量，这样的测量方式比影像法更为精确。接触法利用显微镜的刻度标记，利用和光学测空器的测头连接在一起的双刻线进行定位，瞄准的方法。 1.3瞄准 瞄准时利用万能工具测量非常重要的环节。有些光学测量仪器通过工作人员的视觉进行观察，在进行测量时，就必须确保测件和分划线清晰的出现在工作人员视场范围内。如果无法清晰观察到这些，在进行压线时就会感到非常困难，无法正确测量其数值，造成数据发散。在测量时还要调节视度，必须保证要在工作人员视场内清晰的观察到目镜米字线，否则也会造成测量的精确度下降。 1.4影响瞄准精度的因素在进行测量时，视场亮度不易过亮，或者过暗，这样会影响测量者观察的准确度。在调节时，也要遵循一定的原则。显微镜通过视场光栏调节被测物体的被照明区域，当被照明区域调整完毕后，只能通过调节电阻改变视场亮度，做到压线时，不透光部分要亮，透光部分要暗[1]。与压线方式有关，虚线压线要比实线压线精确。一般选择淡绿色作为背景，从而更好的突出视场衬度。与物镜选择有关，物镜选择放大倍率越大，精确度越高。瞄准精度的精确度越高，测量精确度越高，因此对于测量，瞄准精度是至关重要的一环。2注意事项 2.1如何调整物镜和目镜有些测量工作人员一开始就利用物镜调整焦距，但是如果这时候发现目镜中米字线模糊不清，在调整目镜，这样调整方式会造成被测物体出现虚影、不清晰的问题。因此在进行调整时，首先调整目镜，使目镜米字线清晰可见，然后再调整物镜，必须确保目镜的米字线和物体都能够清晰的观察到。 2.2清理被测物件被测物件由于在加工，运输，存放过程中会产生一些毛刺和损伤，这些缺陷有时会被测量人员忽视，但是这样会导致在测量时，万能工具显微镜会发生对线错误或者产生虚影。这样都会影响测量的精确度，所以在测量前必须对被测物进行彻底清理。 2.3正确安装被测物
实验二 透明介质折射率的测定 折射率是光学材料的重要参数之一，它与材料的温度、湿度、浓度等基本物理量有一定的关系，在科研和生产实际中，常通过测量折射率来获得材料的相关信息．本实验用掠入射法测定液体折射率，用光的折射法测固体折射率． ·实验目的 1．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法； 2．用掠入射法测定液体的折射率； 3．用像的视高法测固体的折射率． ·实验仪器 阿贝折射仪，移测显微镜，钠灯，玻璃砖，水、酒精等待测液体． 阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器，测量范围为～，可以直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为．测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高． 1.阿贝折射仪的外部结构 1 8 15 1反光镜；6阿米西棱镜手轮（色散调节手轮）；7色散值刻度圈； 8目镜；10棱镜锁紧手柄；11棱镜组；13温度计座；14底座；15折射率刻度调节手轮（转动棱镜）；16校正螺钉；18圆盘组；19小反光镜；20读数镜筒；21望远镜筒 14 6 7 18 19 20 21 10 11 图2-1（a ）WZS-1型阿贝折射仪结构图 16
实验用阿贝折射仪的型号有两种：WZS-1型阿贝折射仪结构见图2-1（a ）、2WAJ 型阿贝折射仪结构见图2-1（b ）． 2.阿贝折射仪的光学系统 WZS-1型阿贝折射仪的光学系统由两部分组成：望远系统与读数系统如图2-2所示． 望远系统：光线经反射镜1反射进入照明棱镜2及折射棱镜3，待测液体放置在棱镜 2与3之间，经阿米西消色差棱镜组4抵消由于折射棱镜待测物质所产生的色散，通过物 镜5将明暗分界线成像于分划 38 4 5 2 1 7' 8' 710 119 1312 1反光镜；2棱镜座连接转轴；3遮光板；4恒温器接头；5进光棱镜座； 6色散调节手轮；7色散值刻度圈；8目镜；9盖板； 10棱镜锁紧手轮； 11折射标棱镜座； 12照明刻度盘聚光镜； 13温度计座； 14底座； 15折射率刻度调节手轮；16校正螺钉； 17壳体； 16 7 2 17 15 6 14 4 10 11 8 12 9 5 1 13 3 图2-1（b ）2WAJ 型阿贝折射仪结构图
15J测量显微镜操作规程 1.使用方法 1.1将被测物件牢靠的安置在测量工作台上后，开始转动显微镜调焦手轮，获得清晰视场。 1.2使目镜中十字分划丝与被测试样初始基准（包括点、线、面）相重合，记下X（Y)轴的示值，作为初读数X0(Y0)。 1.3然后旋转X（Y)轴测微器，再使目镜中十字分划丝与所求测距的基准（包括点，线，面）相重合，记下X（Y)轴的示值，作为测量读数X1(Y1)。 1.4读数X1(Y1)与X0(Y0)的差即为所测结果。 1.5测量数据应精确到小数点后二位。 2注意事项 2.1随使用者眼睛视读，应预先调节目镜，使见到清晰的狮子纹花丝。 2.2安防目镜的位置需将十字分划丝与测量台X-Y轴方向重合，方法：十字丝对准一直线物体，当沿X（Y）方向移动时，十字丝始终保持与物体边缘或直线重合既可，然后用目镜止紧螺钉固定。 2.3显微镜调焦时，先将镜筒下降使物镜接近工作表面时，然后逐渐上升，至见到清晰图像为止。 2.4反光镜使用条件，被测物件属于透明体，工作体积甚小未能充满市场者；在边缘外进行测量时，可随光源方向转动反光镜，取得适当亮度的视场，应该避免直射光线，以免发生耀光，影响测量精度。2.5工作地点偏暗则应用灯光照明，但希望光源先经过磨砂玻璃滤过，
并尽量使光线对物体垂直照明，以免产生阴影，影响测量精度。 2.6显微镜支架在立柱上必须用旋手止紧之，防止使用不慎时发生下降，使仪器受损。 2.7转动测微器进行测量时，应朝同一方向运动，以免由于其它因素产生空位，影响测量结果。 2.8如果对固定的一些尺寸进行测量时，应该在测微螺杆上分段使用，以防止局部螺纹经常使用受到磨损，影响仪器的精度。 2.9为了提高测量数据的精确度，应对同一尺寸进行多次测量，再取平均值，这样可以把人为的偶然误差减低到最小程度。 2.10做精密测定时工作地点必须维持温度变化在（20±3）℃以内。
现代光学设计实验（二） 物质折射率测定实验 光学作为一门本科光学专业的必修课，主要以理论知识的形式出现，在诸多具体应用中，也多是仅提出一种方法，具体的应用过程都要进行光电信号的有机结合。本实验的目的即是结合理论基础与实际应用，实现光电的有机结合。 1. 设计要求 本课程是一门以实践为主的综合实验技术科，要求学生在已学过的波动光学、数字电路、模拟电路等相关基础课、专业课和实验课的基础上，提出一套实用的物质折射率测定方案，设计必要的光学系统和硬件电路，完成光电信号的转换，物理信号与硬件电路的有机结合，实现对物质折射率的准确测量。 2. 物质折射率测定原理 2.1 双缝干涉原理 如图1所示，由光源S 发出的光的波阵面同时到达1S 和2S 。通过1S 和2S 的光将发生衍射现象而叠加在一起。由于1S 和2S 是由S 发出的同一波阵面的两部分，所以这种产生光的干涉的方法叫做分波阵面法。 图1 双缝干涉原理 考虑屏上任意一点P ，从1S 和2S 到P 的距离分别为1r 和2r 。由于在图示装置中，从S 到1S 和2S 等远，所以1S 和2S 是两个同相波源。因此在P 处的强度就仅由从1S 和 2S 到P S
点的波程差决定。有图可知，这一波程差为 θ δsin 12d r r ≈-= 式中θ是P 点的角位置，即1S 2 S 的中垂线MO 与MP 之间的夹角。通常θ很小。所 以有： D x d θd θ d r r δ =≈≈-=tan sin 12 产生明纹的条件为： λδk ±= k=0,1,2… 其在屏上的位置为： λ d D k x k ±=± k=0,1,2… 产生暗条纹的条件为： 2 ) 1 2(λ δ+±=k k=0,1,2… 其在屏上的位置为： λ d D k x k 2) 1 2( )12(+±=+± k=0,1,2… 2.2 实用折射率检测系统 当我们在双缝干涉中将一折射率n 厚度为h 的物体放在S1前面时就引入了额外光程差δ?，表现为条纹在屏上发生了位移x ?。只要知道物体的厚度h ，以及条纹的移动距离变可以计算出物体的折射率n 。然而实际测量时，当把待测物体至于S1前时，条纹移动会出现跳变，因此实际上很难得知条纹到底移动了多少距离，而且距离的测量会引入较大误差，测得的折射率结果误差较大，因此引入如图2所示的检测系统： 在S1前放置待测物体W1，其折射率为n1未知，厚度h1。S2前放置一互补楔形物体W2，折射率n2，总体厚度为h2，楔形物W2由机械系统驱动，可以自由滑动，动态改变厚度h2的值。通过调节W2可以使中央0级亮纹始终位于两孔的中垂线上。由两物体光程差的互补可知：
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/7647973.html, 常用介质折射率测量方法的实验分析 作者：魏连甲 来源：《中国科技博览》2016年第19期 [摘要]介质折射率的精确测量不仅在物理基础实验研究中具有重要作用，而且在材料科学、物质检测、食品检验等领域也具有重要意义。利用最小偏向角法、掠入射法和迈克尔逊干涉仪对介质的折射率进行了测定，通过对三种不同的测量方法实验数据的计算和分析，找出精确测量透明介质折射率的实验方法。 [关键词]折射率迈克尔逊干涉仪介质 中图分类号：TN25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0102-01 1序论 折射率是一种表征介质光学性质的物理量，因此折射率的测定是几何光学中最重要的问题。折射率是用来表征介质材料光学性质的一种重要参数，在生产和科研部门中，往往需要测定物体的折射率。在现实生活中，折射率这个物理量的准确测量是解决实际生产生活中存在的许多问题的重要出发点。 人类的科学研究是在不断前进的，人们发现测定物质的折射率越来越成为一项重要的物理实验，物质折射率测定的方法的好坏直接影响着测量的精度、准确度，于是找到一种既简单又便于操作同时精度高的实验方法成为人们追求的一种趋势。本文即对已知的三种测定物质折射率的方法进行仔细研究分析，总结概括，以期得到对不同介质的理想测量方法。 2 实验原理 2.1 最小偏向角法 单色光经过等边三棱镜两次折射后，用分光计测量其最小偏向角，利用式（1）计算出棱镜材料的折射率[1] （1） 其中棱镜顶角，为偏转角。 2.2 掠入射法 单色光从未知透明介质掠射三棱镜，再由三棱镜另一面折射，通过测量折射光线的出射角，利用式（2）计算出未知透明介质的折射率[2]
读数显微镜 一、仪器组成结构 读数显微镜由一只显微镜和读数移动装置组成。显微镜装在一个较精密的移动装置上，使之能够在垂直光轴的一定方向移动，移动的距离可以从读数装置读出。显微镜由目镜、分划板和短焦距物镜组成。目镜可相对于分划板上下移动，以适应不同视力的观察者看清分划板的准丝。镜筒可上下移动改变物镜与待测物的距离，达到调焦的目的，使被观察目标在分划板上成像清晰。分划板刻有十字叉丝，作为读数准线。 二、仪器主要用途 读数显微镜是一种光学测量仪器，具有准确度高，结构简单，操作方便，应用广泛，可进行非接触测量等优点。主要用于微小长度测量，例如用牛顿环法测量平凸透镜的曲率半径；用劈尖干涉法测量细丝直径和微小厚度等。 三、主要技术要求 显微镜移动距离可以从标尺和测微鼓轮上读出，标尺刻度长0~50mm，格值1mm。测微螺旋的螺距为1mm，微分鼓轮圆周分成100个分格，每转一分格显微镜移动0.01mm。当测微鼓轮转动时，镜筒支架带动镜筒沿导轨移动。鼓轮上最小分度为0.01mm，鼓轮转一周，镜筒移动1mm。 四、使用注意事项 1．使用要点
①.调视度：调节目镜筒，看清分划板上的叉丝。 ②.调焦：转动调焦手轮，由下至上移动显微镜筒，改变物镜到被测物的距离，看清被测物的像，并消除视差。 ③.转动微分鼓轮，横向移动显微镜，使叉丝的交点和被测量的目标对准。 ④.读数：从标尺上读出毫米以上整数部份，从鼓轮读出毫米以下的读数部份，再估读到毫米的千分位。然后再转动微分鼓轮移动显微镜，使叉丝交点与被测物的另一目标对准然后读数，两次读数之差即为被测量的目标两点间的距离。 2．使用注意事项 ①.测量时应使十字叉丝的水平线保持与标尺平行，十字叉丝的垂直线作为读数准线；或者借助于水平准丝放置被测长度与标尺平行，为此需调节分划板十字准线的水平线与标尺平行。 ②.为了消除螺距误差（即空程差），采用单方向移动显微镜测微鼓轮进行测量。全部测量过程中，叉丝只能从一个方向移向目标，不要中途反向。这是因为显微镜的移动是靠测微螺旋杆的推动，螺纹之间有间隙，反向移动过程中，虽然鼓轮读数发生了变化，但由于螺纹间隙存在，显微镜尚未移动，由此产生的读数错误就是螺距差。
实验名称：透明材料折射率测量 仪器与用具：2WAJ型阿贝折射仪、蒸馏水、脱酯棉、无水乙醇、葡萄糖溶液、滴管、螺丝刀等 实验目的： 1、理解全反射原理及其应用，学会使用阿贝折射仪测量折射率； 2、测量无水乙醇的折射率； 3、测量葡萄糖溶液的浓度。 注意：实验报告要书写规范、完整，内容包括实验名称、实验者基本信息、实验仪器与用具、实验目的、实验原理、实验内容与步骤、数据记录与处理、实验结论与分析、思考题、注意事项等。 折射率是透明材料的重要光学常数。本实验应用阿贝折射仪采用建立在全反射原理基础上的掠入射法（全反射法）测量透明物质的折射率。 测量透明材料折射率最常用的方法是最小偏向角法和全反射法，前者具有测量精度高，被测折射率的大小不受限制等优点，但是被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量；全反射法属于比较测量,虽然测量准确度较低(大约ΔnD=3×10-4),被测折射率的大小受到限制(nD大约为1.3~1.7),但是全反射法具有操作方便迅速,环境条件要求低,不需要单色光源等优点。 阿贝折射仪就是利用全反射法制成的,专门用于测量透明或半透明液体或固体折射率及平均色散的仪器,它还能测量糖溶液的含糖浓度。它是石油、油脂、制药、制漆、制糖和日用化学工业、地质勘察等有关工矿、学校及科研单位不可缺少的常用设备之一。 通过本实验，学会阿贝折射仪的调整和使用方法；掌握用掠入射法测定物质的折射率；测量酒精的折射率和葡萄糖溶液的浓度。 【实验原理】 应用阿贝折射仪测量物质的折射率的方法是建立在全反射原理基础上的掠入射法。 （认真阅读实验讲义P216~220内容，弄清实验原理和内容） 在阿贝折射仪中，实际上是用转动棱镜的方法去改变i，以适应不同折射率n1值的测量。而读数望远镜中的标尺(分度盘)，则已按(5.1.5)式将出射角i换算成折射率值标出,故现场中的读数即为被测物质的折射率。阿贝折射仪的设计特别考虑了糖溶液的浓度与其折射率的对应关系，将其浓度值在刻度盘上直观地显示出来，可以方便地直接测量糖溶液的浓度。 【实验内容及步骤】 1．了解实验仪器、材料及其用途 2WAJ型号的阿贝折射仪、脱脂棉、蒸馏水、无水乙醇、葡萄糖溶夜、滴管 2．了解注意事项 （1）尽量不要移动阿贝折射仪，确需移动时一定要轻拿轻放，避免振动，防止倾倒，切忌在实验台面上硬拖硬拉！ （2）调整阿贝折射仪的各可调整部分时，要用力适中，细心慢调，不能蛮力调整。 （3）各试剂瓶子与滴管一一对应，不能混用。 （4）对号入座，各组仪器、用品不可混用。 （5）本实验采用老师讲解演示和同学练习同步进行的方式，一定要注意精力集中，提高效率。 3．学习阿贝折射仪的使用 依次学习练习目镜（调焦）、反光板（反光孔）、进光孔、进光棱镜、折射棱镜、棱镜锁定手轮、棱镜转动手轮、阿米西
阿贝折射仪测介质折射率 折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，如全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试件而能直接测出被测材料的折射率等优点。但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3 ×10-4），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。 阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。 【实验目的】 1.加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。 2.了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法。 3.通过对糖溶液折射率的测定确定其锤度。 【实验仪器】 WAY阿贝折射仪、待测液（蒸馏水，无水乙醇，糖溶液）、滴管、脱脂棉 【实验原理】 一、仪器描述 阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率（测量范围一般为1.4-1.7)，它还可以与恒温、测温装置连用，测定折射率与温度的变化关系。 阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图1所示。 望远系统。光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。当光线（太阳光或日光灯）射入进光棱镜1时便在磨砂面上产生漫反射，使被测液层内有各种不同角度的入射光，经折射棱镜2产生一束折射角均大于出射角度i的光线。由摆动反射镜3将此束光线射入消色散棱镜组4，此消色散棱镜组是由一对等色散阿米西棱镜组成，其作用是可获得一可变色散来抵消由于折射棱镜对不同被测物体所产生的色散。再由望远镜5将此明暗分界线成像于分划板 7上，分划板上有十字分划线，通过目镜8能看到如图2上部分所示的象。 读数系统。光线经聚光镜12照明刻度板11（刻度板与摆动反射镜3连成一体 ．．．．同时绕刻度中心作回转运动）。通过反射镜10，读数物镜9，平行棱镜6将刻度板上不同部位折射率示值成象于分划板7上(见图2)
实验八螺纹测量 一．实验目的 1．了解螺纹参数的常用测量方法，熟悉工具显微镜的测量原理及结构特点。 2．学会用大型（或小型）工具显微镜测量外螺纹主要参数的方法。 二．实验内容介绍 螺纹的测量方法分为综合测量和单项测量。综合测量采用螺纹量规检验螺纹的合格性。对于比较精密的螺纹，为了进行工艺分析和使它能满足工艺要求，一般采用单项测量，即分别测量中径、螺距及牙型半角等。本实验主要介绍如何用影像法测量螺纹中径、牙形半角和螺距等主要参数。三．测量仪器及测量原理 测量仪器是工具显微镜，可用来测量螺纹塞规、螺纹刀具、齿轮滚刀及轮廓样板等，它分为小型、大型、万能和重型等四种型式，它们的测量精度和测量范围虽各不相同，但基本原理是相似的。下面以大型工具显微镜为例，介绍测量螺纹参数的方法。 大型工具显微镜的外形如图8-1所示，它主要由目镜1、工作台5、底座7、支座12、立柱13、悬臂14和千分尺6、10等部分组成。转动手轮11，可使立柱绕支座左右摆动，转动千分尺6和10，可使工作台纵、横向移动，转动手轮8，可使工作台绕轴心线旋转。 图8-1 大型工具显微镜外形图图8-2 工具显微镜的光学系统图仪器的光学系统如图8-2所示，由主光源1发出的光经聚光镜2、滤色片3、透镜4、光阑5、反射镜6、透镜7和玻璃工作台8，将被测工件9的轮廓经物镜10、反射棱镜11投射到目镜的焦平面13上，从而在目镜15中观察到放大的轮廓影像。另外，也可用反射光源，照亮被测工件，以工件表面上的反射光线，经物镜10、反射棱镜11投射到目镜的焦平面13上，同样在目镜15中可观察到放大的轮廓影像。 仪器的目镜外形如图8-3a所示。它由玻璃分划板、中央目镜、角度读数目镜、反射镜和手轮等组成。目镜的结构原理如图8-3b所示，从中央目镜可观察到被测工件的轮廓影像和分划板的米字刻线（如图8-3c所示）。从角度读数目镜中，可以观察到分划板上0°～360°的度值刻线和固定游标分划板上0′～60′的分值刻线（如图8-3d）。转动手轮、可使刻有米字刻线的度值刻线的分划板转动，它转过的角度，可从角度读数目镜中读出。当该目镜中固定游标的零刻线与度值刻线的零位对