本發(fā)明涉及檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通過(guò)精密控制的機(jī)械運(yùn)動(dòng)影響光電探測(cè)器所接收光照強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)矩形激光光斑的能量分布。

背景技術(shù)：

采用激光橫向變形測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量物體橫向變形時(shí)，光強(qiáng)度較易受到環(huán)境因素影響，導(dǎo)致激光橫向變形測(cè)量將受到諸多環(huán)境因素影響。為保證變形測(cè)量精度，需要一種簡(jiǎn)易的方法對(duì)變形測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的標(biāo)定；同時(shí)光斑強(qiáng)度分布的勻化程度對(duì)橫向變形的測(cè)量精度具有決定性的作用，因此檢測(cè)矩形激光光斑強(qiáng)度的分布規(guī)律，確定光斑能量勻化分布區(qū)域，對(duì)提高激光橫向變形測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度具有重要意義。

激光光束的光強(qiáng)分布檢測(cè)方法主要有移動(dòng)測(cè)量法以及傳感器陣列法兩大類。其中，移動(dòng)測(cè)量法又可分為狹縫法、小孔法、刀口法；傳感器陣列法則主要有硅CCD和CMOS探測(cè)器陣列的相機(jī)測(cè)量法。

狹縫法是用一塊帶有一條狹縫的擋板去遮擋待測(cè)激光束，使得待測(cè)光斑只有狹縫所在位置的能量能夠到達(dá)傳感器，通過(guò)比較狹縫的位置和探測(cè)器的信號(hào)，就能得出激光束橫截面光斑能量分布；小孔法則是在擋板上開(kāi)一個(gè)小孔，通過(guò)不斷平移小孔的位置得到光斑能量的分布情況，從而得到光斑能量的面分布，小孔法的測(cè)量精度通常取決于孔的大小以及移動(dòng)的距離，孔越大，移動(dòng)距離越大，測(cè)量結(jié)果誤差也隨之增大；刀口法采用的是總透射量的測(cè)量方法，將刀片固定在光學(xué)平移臺(tái)上，采用刃口平直的刀口沿與光束傳播方向垂直的方向切割光束，測(cè)量過(guò)程中需要通過(guò)慢慢調(diào)節(jié)平移臺(tái)，采用激光功率計(jì)多次測(cè)量透過(guò)刃口邊緣的激光功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光斑能量分布的測(cè)量。

采用硅CCD和CMOS探測(cè)器陣列的相機(jī)測(cè)量法檢測(cè)激光束橫截面能量分布可以方便的獲取激光剖面圖。測(cè)量時(shí)將光斑照射匯聚在探測(cè)器的工作區(qū)，通過(guò)光電效應(yīng)，產(chǎn)生變化電流，從而對(duì)照射的光斑能量分布實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

狹縫法可以比較方便地獲得激光光斑離散的局部區(qū)域能量分布，但是不能直接得到整個(gè)光斑能量的全域面分布，根據(jù)數(shù)學(xué)原理，只有當(dāng)各局部分布相互獨(dú)立時(shí)才能由局部分布準(zhǔn)確地還原出光斑整體的二維面分布；小孔法(參見(jiàn)“一種原位測(cè)量聚焦激光光斑能量分布的裝置及方法”，申請(qǐng)?zhí)枺?01010124758.8)的優(yōu)點(diǎn)是只要孔徑足夠小就可以得到一個(gè)準(zhǔn)確的激光光斑能量分布情況。但該方法測(cè)量時(shí)間長(zhǎng),無(wú)法直接獲得整體光斑的能量分布，而且在小孔尺寸一定的情況下,無(wú)法測(cè)量尺寸小于或與之處于同一量級(jí)的光斑。總體來(lái)說(shuō)，狹縫法和小孔法均需通過(guò)不斷的移動(dòng)狹縫或者小孔的位置來(lái)記錄透過(guò)的光束能量，無(wú)法模擬材料受力后的橫向變形對(duì)光斑強(qiáng)度的影響，不適合用于激光橫向變形測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法。

普通刀口法在測(cè)量過(guò)程中，為調(diào)節(jié)透過(guò)刀片邊緣的激光功率，需要通過(guò)螺旋測(cè)微器慢慢移動(dòng)光學(xué)平臺(tái)，調(diào)節(jié)速度緩慢，由于缺乏精密的機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制，存在較大的人為控制機(jī)械誤差，同時(shí)，通過(guò)功率計(jì)來(lái)檢測(cè)未遮擋的光束能量，不能快速的得到激光光束的光強(qiáng)分布曲線，無(wú)法快速確定矩形光斑能量勻化分布區(qū)域，限制其在激光橫向變形測(cè)量系統(tǒng)中的快速標(biāo)定應(yīng)用。

傳感器陣列法通常采用面陣CCD/CMOS器件作為感光元件，具有很高的靈敏性，當(dāng)曝光時(shí)間為一定值時(shí)，激光光束中心的光強(qiáng)極易造成感光像元的過(guò)飽和，甚至溢出影響周邊區(qū)域像元的正常工作，同時(shí)能量較弱的邊緣區(qū)域卻處于欠曝光狀態(tài)，大大降低了動(dòng)態(tài)測(cè)量的范圍，影響了激光光斑能量分布測(cè)量的范圍和精確度。除此之外，由于感光元件較高的敏感性，導(dǎo)致傳感器陣列法所采用的硬件設(shè)備通常需要花費(fèi)比其他測(cè)量方法更高的成本。另外傳感器陣列法無(wú)法模擬材料橫向變形影響，難以應(yīng)用于激光橫向變形測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

激光橫向變形測(cè)量系統(tǒng)是新近發(fā)明的一種新型的變形測(cè)量方法(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01610504094.5)，系統(tǒng)在實(shí)際變形測(cè)量中為保證測(cè)量精度需要快速進(jìn)行測(cè)量精度的標(biāo)定。本發(fā)明提出了一種通過(guò)精密控制的機(jī)械運(yùn)動(dòng)遮擋射向光電探測(cè)器的矩形光斑，從而改變光電探測(cè)器所接收的光照強(qiáng)度以檢測(cè)光斑能量分布情況及光照強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)位移關(guān)系，檢測(cè)光斑能量分布的均勻性。借助精密控制的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬材料的橫向變形，為形變測(cè)量提供便利的檢測(cè)和標(biāo)定方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明涉及的矩形激光光斑能量分布快速檢測(cè)系統(tǒng)和方法的結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

矩形激光光斑能量分布快速檢測(cè)系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光器，方形光纖，支撐架，光纖頭安裝座，準(zhǔn)直透鏡，檢測(cè)平臺(tái)(包括絲杠、導(dǎo)軌)，遮擋板，移動(dòng)平臺(tái)，聚焦透鏡，光電探測(cè)器，BNC連接線，數(shù)字存儲(chǔ)示波器，STP網(wǎng)線，計(jì)算機(jī)，42步進(jìn)電機(jī)，控制線，步進(jìn)電機(jī)控制器；所述準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡的幾何中心保持在一條軸線上，且主平面互相平行；所述光電探測(cè)器、數(shù)字存儲(chǔ)示波器和計(jì)算機(jī)電連接；所述步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)控制器電連接；所述遮擋板平面平行于準(zhǔn)直透鏡、光電探測(cè)器主平面，其運(yùn)動(dòng)方向亦與他們保持平行。

所述半導(dǎo)體激光器用于發(fā)射激光，激光經(jīng)過(guò)方形光纖和準(zhǔn)直透鏡勻化后照射到光電探測(cè)器；

所述方形光纖和準(zhǔn)直透鏡用于勻化激光強(qiáng)度分布；

所述聚焦透鏡用于會(huì)聚激光束于光電探測(cè)器的感光區(qū)域；

所述光電探測(cè)器用于接收聚焦后的激光照射并感知光強(qiáng)度信號(hào)，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換獲得光強(qiáng)度信號(hào)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；

所述檢測(cè)平臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)控制器、42步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)軌和絲杠、移動(dòng)平臺(tái)和遮擋板組成，用于激光光斑強(qiáng)度分布檢測(cè)以及橫向變形測(cè)量標(biāo)定；

所述步進(jìn)電機(jī)控制器通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分結(jié)合設(shè)計(jì)程序使42步進(jìn)電機(jī)平滑運(yùn)轉(zhuǎn)，減少振動(dòng)和噪聲提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度，并驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)和遮擋板按照指定的運(yùn)動(dòng)方式精確運(yùn)動(dòng)；

所述42步進(jìn)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)絲杠以及移動(dòng)平臺(tái)和遮擋板的運(yùn)動(dòng)；

所述導(dǎo)軌用于支撐移動(dòng)平臺(tái)并保證遮擋板的運(yùn)動(dòng)始終平行于準(zhǔn)直透鏡和光電探測(cè)器的主平面；

所述絲杠用于驅(qū)動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)并精確控制移動(dòng)平臺(tái)和遮擋板的移動(dòng)位移；

所述移動(dòng)平臺(tái)通過(guò)絲杠的精密驅(qū)動(dòng)，為與其連接的遮擋板提供精確的移動(dòng)位移；

所述遮擋板隨移動(dòng)平臺(tái)沿垂直于激光束的方向運(yùn)動(dòng)以改變光電探測(cè)器所接收的矩形激光光斑強(qiáng)度，檢測(cè)激光光斑的能量分布情況；

所述數(shù)字存儲(chǔ)示波器和計(jì)算機(jī)用于對(duì)電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和顯示。

本發(fā)明的有益效果是：矩形激光光斑能量分布快速檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述步進(jìn)電機(jī)控制器通過(guò)采用不同的控制程序?qū)崿F(xiàn)控制遮擋板以不同的運(yùn)動(dòng)模式運(yùn)動(dòng)。能夠以多種不同方式檢驗(yàn)矩形激光光斑能量勻化與分布情況，并可以模擬各種橫向變形模態(tài)，為橫向變形測(cè)量提供快速、準(zhǔn)確和可靠的標(biāo)定；本發(fā)明具有較高的檢測(cè)精度，能夠快速準(zhǔn)確的檢測(cè)光斑強(qiáng)度的勻化分布狀態(tài)；同時(shí)也能夠模擬材料橫向變形特征，為材料橫向變形測(cè)量提供快速準(zhǔn)確的標(biāo)定。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步的，所述的用于驅(qū)動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)的42步進(jìn)電機(jī)可以換裝更為精密的伺服電機(jī)，以提高檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：采用伺服電機(jī)可以提高控制絲杠運(yùn)動(dòng)的精度，為移動(dòng)平臺(tái)提供更為精準(zhǔn)的移動(dòng)位移控制。

進(jìn)一步的，所述絲杠的精度決定了移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)位移的精度，采用更高精度的絲杠能夠提高檢測(cè)平臺(tái)的檢測(cè)精度。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：可以提高光斑強(qiáng)度檢測(cè)精度，同時(shí)提高橫向變形測(cè)量標(biāo)定的精度。

矩形激光光斑能量分布快速檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟S1、將勻化矩形光斑對(duì)軸照射到光電探測(cè)器；

步驟S2、根據(jù)遮擋板(7)所需的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)特征要求，編制步進(jìn)電機(jī)控制器(17)的控制程序；

步驟S3、由步進(jìn)電機(jī)控制器輸入指令，控制42步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；

步驟S4、由42步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠(6-②)運(yùn)動(dòng)；

步驟S5、通過(guò)絲杠控制移動(dòng)平臺(tái)(8)按設(shè)定運(yùn)動(dòng)特征精確運(yùn)動(dòng)，使光電探測(cè)器接收的光照強(qiáng)度由于遮擋板的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生改變；通過(guò)光電轉(zhuǎn)換獲得光強(qiáng)度發(fā)生變化前后所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；

步驟S6、采用數(shù)字存儲(chǔ)示波器或他測(cè)量方法檢測(cè)光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)；

步驟S7、將電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和顯示，得到電壓和遮擋板移動(dòng)位移關(guān)系曲線。在遮擋板勻速運(yùn)動(dòng)或等距移動(dòng)條件下，線性關(guān)系曲線說(shuō)明矩形光斑強(qiáng)度分布均勻，強(qiáng)度勻化作用較為理想；非線性關(guān)系曲線代表矩形光斑強(qiáng)度分布不均，強(qiáng)度勻化效果不佳。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明矩形激光光斑能量分布快速檢測(cè)系統(tǒng)和方法結(jié)構(gòu)裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明矩形激光光斑能量分布快速檢測(cè)系統(tǒng)和方法實(shí)施流程簡(jiǎn)圖；

圖3為本發(fā)明遮擋板等步移動(dòng)靜態(tài)遮光過(guò)程數(shù)字萬(wàn)用表記錄輸出電壓所得電壓位移曲線圖；

圖4為本發(fā)明遮擋板等步移動(dòng)靜態(tài)退出遮光過(guò)程數(shù)字萬(wàn)用表記錄輸出電壓所得電壓位移曲線圖；

圖5為本發(fā)明遮擋板勻速遮光過(guò)程數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄輸出電壓波形圖；

圖6為本發(fā)明遮擋板勻速退出遮光過(guò)程數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄輸出電壓波形圖；

圖7為本發(fā)明數(shù)字存儲(chǔ)示波器和數(shù)字萬(wàn)用表所得曲線圖中關(guān)鍵點(diǎn)在矩形光斑中位置分布圖；

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1、半導(dǎo)體激光器；2、方形光纖；3、支撐架；4、光纖頭安裝座；5、準(zhǔn)直透鏡；6、檢測(cè)平臺(tái)；6-①、導(dǎo)軌；6-②、絲杠；7、遮擋板；8、移動(dòng)平臺(tái)；9、聚焦透鏡；10、光電探測(cè)器；11、BNC連接線；12、數(shù)字存儲(chǔ)示波器；13、STP網(wǎng)線；14、計(jì)算機(jī)；15、42步進(jìn)電機(jī)；16、控制線；17、步進(jìn)電機(jī)控制器。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的方法、原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明的檢測(cè)方法是：將半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光束照射在光電探測(cè)器上，通過(guò)精密控制的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，使垂直于激光束的遮擋板在光束中以精確的微小位移移動(dòng)，以期改變照射在光電探測(cè)器上的光斑強(qiáng)度，引發(fā)光電轉(zhuǎn)換的輸出電壓產(chǎn)生變化。通過(guò)數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集并顯示電壓信號(hào)，根據(jù)采集的電壓信號(hào)以及遮擋板精確移動(dòng)的位移，獲得電壓與位移之間的變化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)矩形激光光斑強(qiáng)度分布情況的檢測(cè)與標(biāo)定。

本發(fā)明的檢測(cè)原理為：系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制器使42步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)遮擋板沿精密導(dǎo)軌逐步遮擋激光束，而半導(dǎo)體激光器通過(guò)固定好的準(zhǔn)直透鏡將矩形光斑照射到聚焦透鏡并會(huì)聚到光電探測(cè)器的感應(yīng)區(qū)；隨著激光光束被逐步遮擋，導(dǎo)致光電探測(cè)器因接收的光照面積減小而改變輸出電壓，變化的電壓通過(guò)BNC連接線將信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)字存儲(chǔ)示波器進(jìn)行波形分析、顯示和存儲(chǔ)，最終通過(guò)STP網(wǎng)線傳送到計(jì)算機(jī)對(duì)波形作進(jìn)一步分析。通過(guò)數(shù)字存儲(chǔ)示波器捕獲的波形，可以分析光電探測(cè)器輸出電壓和遮擋板移動(dòng)距離之間存在的線性關(guān)系標(biāo)定變形測(cè)量，并以此檢測(cè)矩形激光光斑的能量分布，確定能量勻化區(qū)域。如圖2所示為矩形激光光斑能量分布快速檢測(cè)系統(tǒng)和方法實(shí)施流程簡(jiǎn)圖。

本發(fā)明所涉及檢測(cè)系統(tǒng)特征及實(shí)驗(yàn)實(shí)例描述：

(1)本發(fā)明所涉及檢測(cè)系統(tǒng)的組成

矩形激光光斑能量分布快速檢測(cè)系統(tǒng)主要由矩形激光斑發(fā)射系統(tǒng)、機(jī)電控制系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、信號(hào)分析系統(tǒng)四部分組成。

矩形激光斑發(fā)射系統(tǒng)由半導(dǎo)體激光器、方形光纖、準(zhǔn)直透鏡、光纖頭安裝座組成。

機(jī)電控制系統(tǒng)由42步進(jìn)電機(jī)、控制線、步進(jìn)電機(jī)控制器、支撐架、檢測(cè)平臺(tái)(含導(dǎo)軌、絲杠)、移動(dòng)平臺(tái)、遮擋板組成。

光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由聚焦透鏡、光電探測(cè)器、BNC連接線組成。

信號(hào)分析系統(tǒng)由數(shù)字存儲(chǔ)示波器、STP網(wǎng)線、計(jì)算機(jī)組成。

(2)本發(fā)明所涉及檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵部件型號(hào)選定

矩形激光斑發(fā)射系統(tǒng)：半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)為635nm、輸出功率范圍0-500mw；方形光纖芯徑200um、數(shù)值孔徑0.22；準(zhǔn)直透鏡焦距10mm；光纖頭安裝座由鋁材定制加工而成。

機(jī)電控制系統(tǒng)：42步進(jìn)電機(jī)步距角1.8°；步進(jìn)電機(jī)控制器中驅(qū)動(dòng)器采用Leadshine公司M420型號(hào)，支持128倍細(xì)分，可通過(guò)調(diào)節(jié)八位撥碼開(kāi)關(guān)組，設(shè)定動(dòng)態(tài)工作電流(共8等級(jí))、靜態(tài)減流和細(xì)分精度，并且采用RIGOL公司DP1308A電源來(lái)提供穩(wěn)定的24v供電電壓；支撐架由20*20mm鋁型材搭建；導(dǎo)軌、絲杠直徑均為10mm，絲杠導(dǎo)程2mm；遮擋板由1.5mm鋁板高精度激光切割而成。

光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)：光電探測(cè)器采用THORLABS公司的PDA8A/M型號(hào)固定增益硅探測(cè)器，其響應(yīng)波長(zhǎng)320-1000nm、帶寬50MHz、噪聲等效功率6.5pW、具備BNC信號(hào)輸出。

信號(hào)分析系統(tǒng)：數(shù)字存儲(chǔ)示波器采用RIGOL公司DS4024型號(hào)示波器，具備200MHz模擬帶寬、4模擬通道。

(3)本發(fā)明所涉及檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)參數(shù)設(shè)定

半導(dǎo)體激光器功率：100mw；矩形光斑長(zhǎng)度：4mm；遮擋板前進(jìn)速度：0.1mm/按鍵(靜態(tài)等步長(zhǎng))，0.25mm/s(動(dòng)態(tài)勻速)；數(shù)字存儲(chǔ)示波器水平時(shí)基：2s，時(shí)基模式：Y-T模式，垂直電壓：500mv/div，采樣方式：高分辨率，運(yùn)行方式：Auto；步進(jìn)電機(jī)供電電壓：24v；步進(jìn)電機(jī)控制器：M420驅(qū)動(dòng)器8位撥碼開(kāi)關(guān)1、2、3、6、7為OFF狀態(tài)，4、5、8為ON狀態(tài)(2.00A，全流電流設(shè)定，64倍細(xì)分，12800步數(shù)/圈)。

(4)實(shí)驗(yàn)實(shí)例分析

本發(fā)明為了滿足模擬材料的橫向變形需要，為其提供高精度標(biāo)定，通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制器輸入不同的控制程序來(lái)改變遮擋板的運(yùn)動(dòng)模式；因此，所涉及的檢測(cè)系統(tǒng)和方法在本實(shí)驗(yàn)實(shí)例驗(yàn)證中，根據(jù)遮擋板運(yùn)動(dòng)信號(hào)特征分別采用了數(shù)字萬(wàn)用表采集等步長(zhǎng)移動(dòng)的靜態(tài)檢測(cè)信號(hào)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集勻速移動(dòng)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)遮擋板通過(guò)等步長(zhǎng)移動(dòng)定位于矩形光斑的不同位置時(shí)，與光電探測(cè)器連接的電壓數(shù)字萬(wàn)用表能夠方便的直接讀出信號(hào)電壓，了解電壓值的變化；而當(dāng)遮擋板勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器能夠持續(xù)采集遮擋板運(yùn)動(dòng)的電壓信號(hào)，獲得矩形光斑的能量分布曲線，快速確定強(qiáng)度勻化區(qū)域。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)兩種數(shù)據(jù)采集方法的對(duì)比分析，旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明所涉及的檢測(cè)系統(tǒng)和方法可以實(shí)現(xiàn)矩形激光光斑強(qiáng)度分布情況的不同檢測(cè)方式，在非接觸橫向變形測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量標(biāo)定中具有的適用性和有效性。

①等步長(zhǎng)移動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)數(shù)字萬(wàn)用表結(jié)果分析

等步長(zhǎng)移動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)通過(guò)BM8300L數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)記錄光電探測(cè)器的輸出電壓。采用數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)時(shí)，半導(dǎo)體激光器功率為100mw，通過(guò)控制程序的編寫(xiě)，使步進(jìn)電機(jī)每次按鍵轉(zhuǎn)過(guò)18°，由于采用2mm導(dǎo)程絲杠，因而每次按鍵遮擋板前進(jìn)0.1mm，而光斑長(zhǎng)度為4mm，因而記錄40個(gè)不同位置時(shí)的輸出電壓值，并根據(jù)獲取的電壓值繪制遮擋板靜態(tài)等步長(zhǎng)遮擋光斑過(guò)程的電壓位移曲線(參見(jiàn)圖3)。當(dāng)按鍵40次，即完成整個(gè)光斑長(zhǎng)度的檢測(cè)；采用同樣的方式，再通過(guò)逐次按下步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)鍵，并記錄不同位置輸出電壓值，繪制遮擋板等步長(zhǎng)靜態(tài)退出遮擋光斑過(guò)程的電壓位移曲線圖，如圖4所示。

圖3、圖4中a、b、c、d四點(diǎn)為便于結(jié)果分析而添加的區(qū)域分界點(diǎn)。圖3顯示光斑未遮擋時(shí)光電探測(cè)器的輸出電壓為1.10v，矩形光斑ab段(左端0.5mm)和cd段(右端0.5mm)(參見(jiàn)圖7)光強(qiáng)分布極其微弱,輸出電壓基本不變；隨著遮擋板進(jìn)入bc段，電壓顯示非線性變化，說(shuō)明光強(qiáng)分布仍不均勻；進(jìn)入bc段的中間部分(中心1mm分布區(qū)域)所記錄的電壓與遮擋板移動(dòng)位移之間呈現(xiàn)出較為明顯的線性關(guān)系，說(shuō)明光強(qiáng)勻化程度較高；待矩形光斑被全部遮擋時(shí)，輸出電壓降為0。

圖4為等步長(zhǎng)靜態(tài)退出遮光過(guò)程數(shù)字萬(wàn)用表所記錄的遮擋板處于不同位置時(shí)輸出的電壓值，檢驗(yàn)系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)度。圖4中，電壓位移曲線與圖3光斑強(qiáng)度分布曲線具有較好的一致性，dc段(右端0.5mm)和ba段(左端0.5mm)光強(qiáng)分布極其微弱,同樣進(jìn)入cb段電壓顯示非線性變化，說(shuō)明光強(qiáng)分布不均勻，cb段的中間部分(中心1mm部分)顯示退出遮光過(guò)程遮擋板移動(dòng)位移和輸出電壓之間具有較為明顯的線性關(guān)系；待完全退出遮光時(shí)，輸出電壓升至1.10v。

數(shù)字萬(wàn)用表等步長(zhǎng)移動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)能夠方便的獲得遮擋板處于矩形光斑不同位置時(shí)光電探測(cè)器的輸出電壓值。通過(guò)檢測(cè)不同位置點(diǎn)的電壓值，繪制遮擋板的位移電壓曲線能夠檢測(cè)矩形光斑的能量分布。

②勻速移動(dòng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的數(shù)字存儲(chǔ)示波器結(jié)果分析

勻速移動(dòng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)通過(guò)編寫(xiě)控制程序，使遮擋板以勻速運(yùn)動(dòng)遮擋矩形光斑。圖5為數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄的遮擋板勻速運(yùn)動(dòng)遮光過(guò)程電壓波形圖。理論上如果遮擋速度為0.25mm/s，需要16s時(shí)間遮擋長(zhǎng)度為4mm的矩形光斑；圖5結(jié)果顯示AD之間的時(shí)間間隔恰為16s，說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)0.25mm/s速度控制的準(zhǔn)確度。勻速遮擋過(guò)程顯示，未遮擋時(shí)A點(diǎn)峰值電壓為1.10v，矩形光斑AB段(左端0.5mm)和CD段(右端0.5mm)光強(qiáng)分布極其微弱，輸出電壓基本不變；而隨著遮擋板進(jìn)入BC段，電壓顯示非線性變化，在BC段中間部分(中心1mm區(qū)段)電壓呈明顯線性關(guān)系，待全部遮擋電壓降為0。

圖6為遮擋板勻速退出遮光過(guò)程數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄的波形圖，再次驗(yàn)證了系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)度，從D點(diǎn)開(kāi)始遮擋板勻速退出遮擋至完全退出位置A點(diǎn)。勻速退出遮擋過(guò)程在D點(diǎn)完全遮擋電壓為0，矩形光斑DC段(右端0.5mm)輸出電壓基本不變，而B(niǎo)C段的起始部分，電壓仍呈非線性變化，只有中間段(中心1mm區(qū)域)呈現(xiàn)明顯線性關(guān)系；待退出至B點(diǎn)，電壓升至1.10v，BA段(左端0.5mm)電壓基本不變，說(shuō)明光強(qiáng)分布極其微弱。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器勻速運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)通過(guò)采集遮擋板在矩形激光光斑中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的連續(xù)輸出電壓，顯示實(shí)時(shí)波形；能夠準(zhǔn)確、快速的得到電壓位移曲線，檢驗(yàn)矩形激光光斑的能量分布狀況。為材料橫向變形測(cè)量提供準(zhǔn)確標(biāo)定。

③兩種檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

圖7為遮擋板遮光和退出遮光過(guò)程中數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄波形的A、B、C、D四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量波形中a、b、c、d四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在矩形光斑中對(duì)應(yīng)位置分布圖。表1為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種測(cè)試方法獲得的矩形光斑能量分布狀態(tài)測(cè)試結(jié)果。

表1 數(shù)字存儲(chǔ)示波器與數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析表

表1結(jié)果表明，對(duì)于長(zhǎng)度為4mm的矩形光斑遮擋板在同一運(yùn)動(dòng)模式下(等步長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)或勻速運(yùn)動(dòng))，其遮光過(guò)程和退出遮光過(guò)程得到的光斑能量分布完全一致，驗(yàn)證了系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)具有的精準(zhǔn)度；等步長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)和勻速運(yùn)動(dòng)這兩種不同運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明系統(tǒng)能夠?qū)獍吣芰糠植歼M(jìn)行有效和準(zhǔn)確的檢測(cè)。

結(jié)論：

a.4mm長(zhǎng)度的矩形光斑能量呈對(duì)稱性分布，左右各0.5mm的能量分布極其微弱，光電探測(cè)器沒(méi)有能量感應(yīng)信號(hào)；

b.4mm矩形光斑中心段(1mm區(qū)域)的位移電壓之間具有明顯的線性關(guān)系，表明該區(qū)域中矩形激光光斑能量勻化程度較高，呈均勻分布狀態(tài)。

本發(fā)明所涉及的步進(jìn)電機(jī)控制器可以根據(jù)需要輸入不同的控制程序，為遮擋板提供不同的運(yùn)動(dòng)模式；本發(fā)明能夠快速檢測(cè)矩形光斑能量分布，確定勻化區(qū)域范圍，實(shí)現(xiàn)了矩形激光光斑強(qiáng)度分布情況的檢測(cè)與標(biāo)定，具有較高的檢測(cè)精度，可直接應(yīng)用于標(biāo)定橫向變形測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量。