一種基於指端表面粗糙度的測量方法
2023-10-10 05:38:04 2
一種基於指端表面粗糙度的測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於指端表面粗糙度的測量方法研究，本發明採用的是光纖探針陣列順序掃描的非接觸式測量方法對指端表面進行掃描，是一種新型的粗糙度測量技術，本發明通過光纖探針陣列的順序垂直掃描，可得到指端表面的微觀凹凸曲線，使用相應不同算法，能準確實時的捕獲特徵點位置的凹凸變化，並計算得到其粗糙度，本發用光學掃描的方法代替觸針在被測物體表面移動，具有準確，穩定，簡單易行，操作靈活等優點。
【專利說明】
一種基於指端表面粗糙度的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及表面粗糙度的測量方法，特別是涉及一種基於指端表面粗糙度的測量方法。
【背景技術】
[0002]據醫學領域多年深入研究發現，糖尿病患者經過皮膚科檢測，往往表現出瀰漫性皮膚乾燥，手指皮膚粗糙呈砂紙樣，在手指末端背側可見有多個微小的過度角化丘疹聚集成的小圓石，指節和指間關節處皮疹更密集。可見手指表面粗糙度與糖尿病的研究有關係，所以，準確的獲指端表面粗糙度對於醫學診斷和科學研究都有非常重要的意義。
[0003]對於物體表面粗糙度的研究方法目前有兩大類，第一類為接觸式測量方法；第二類為非接觸式測量方法；第一種方法主要是用某種材料製作的探針作傳感探頭的接觸式測量。而第二種則主要採用光學的方法，如光學散射法、幹涉法等原理製成的表面粗糙度測量方法。在各種表面粗糙度的測量方法中，觸針式表面輪廓儀是應用最廣、精度較高、技術也最成熟的一種。對於在線無損測量也主要應用光學的方法進行。
[0004]由於人體皮膚組織的特殊性，目前對於人體皮膚表面粗糙度的研究相對較少，本發明把基於光纖傳感的新型測量技術應用於人體指端表面粗糙度的測量中，取得了良好的效果。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種基於指端表面粗糙度的測量方法，該方法在通過光纖探頭陣列順序掃描的方法得到指端表面的輪廓軌跡，並對軌跡線條進行基線漂移處理，得到準確的粗糙軌跡曲線。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的具體技術方案如下:
[0007]a.調製特定波長的雷射發射器，選擇最佳波長的光束；
[0008]b.根據表面輪廓對耦合效率的調製原理，可得到探針與指端的距離z與耦合效率的函數關係；
[0009]c.由於探針陣列沿特定方向順序掃描時，接收到的光功率不是連續的，而是一串幅度不同、間隔不等的隨機脈衝序列，因而可以得到脈衝的包絡，即被測表面的輪廓；
[0010]d.確定表面粗糙度的測量基準，利用相關算法計算得到評價表面粗糙度的主要參數。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細的說明。
[0012]圖1本發明一種基於指端表面粗糙度的測量方法的系統流程圖。
[0013]圖2本發明一種基於指端表面粗糙度的測量方法中單束光纖照射的耦合示意圖。
[0014]圖3本發明一種基於指端表面粗糙度的測量方法的光纖探頭沿被測表面掃描示意圖。
[0015]圖4本發明一種基於指端表面粗糙度的測量方法的表面輪廓對耦合效率的調製原理示意圖。
【具體實施方式】
[0016]圖1所示一種基於指端表面粗糙度的測量方法的系統流程主要包括雷射發射器、方向耦合器、光纖探針陣列、光電轉換、信號放大、濾波輸出電路、採樣保持、A/D轉換、中央處理器、輸出結果和波形顯示等十個部分。具體內容主要包括:
[0017](一)根據皮膚的光學特性研究，作用於皮膚表面的雷射輻射，通常受到皮膚反射、吸收、散射和透射。吸收過程不僅與組織成分有關(包括生物色素等)，而且與組織結構的不均勻性散射有關，研究表明組織對雷射的最大和最小反射分別與其最小和最大吸收相符合。人皮膚組織的反射率隨波長的變化表現出相對的差異，可見光範圍(400?700nm)皮膚組織的反射是波長的函數，694.3nm波長的雷射反射的百分比在45%?80%之間，平均大約30%。所以本發明中選擇694.3nm波長的雷射束。通過雷射器發射該固定波長的光束，光纖探針陣列的出射光PO垂直照射在手指表面，其中每束光纖照射在-xO?+xO的區域內如圖2所示，但是並非該區域的所有光都能重新返回光纖，只有中心附近很小區域內的光能與光纖耦合。光纖探針的電路順序由主控制器內的程序實現，其整體掃描示意圖如圖3所示，被測表面反射的光沿著入射光纖返回，由埠輸出，這是由被測表面輪廓調製的光脈衝信號，它經信號光路至光探測器，轉變為傳感信號Vs，該信號是與被測表面微觀不平度有關的量，表面輪廓對耦合效率的調製原理示意圖如圖4所示，通過分析處理傳感信號，可以計算出被測表面粗糙度的各個參數。
[0018](二)由於光探測器上得到的傳感信號十分微弱，且含有環境因素引起的雜波分量以及表面粗糙度無關的紋波信號等，所以要對這個信號進行放大，再經過濾波器去除幹擾信號，然後經輸出電路將其送入A/D接口電路由處理器採樣，並進行處理。最後由輸出設備(液晶屏)顯示被測表面的各項粗糙度參數以及輪廓圖形。具體參數包括:輪廓算術平均偏差Ra、輪廓微觀不平度十點高度Rz、輪廓均方根偏差Rq、輪廓最大高度Ry。
[0019]所述光纖探針陣列整體被不透光的黑色外殼所包圍，目的防止雜光幹擾影響測量精度，光纖探針陣列以及黑色外殼集成為一光纖探頭測量裝置，方便測量。
[0020]本發明可以用於無創血糖檢測中作為一個技術指標，也可以作為分析糖尿病病情的一個生理參數。
[0021]上面結合附圖對本發明優選的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明構思的前提下做出各種變化。
【權利要求】
1.一種基於指端表面粗糙度的測量方法，其特徵在於:該基於指端表面粗糙度的測量方法包括以下步驟: a.調製特定波長的雷射發射器，保證光纖探針陣列按照一定的掃描方向發出最佳波長的光束； b.根據表面輪廓對耦合效率的調製原理，可得到探針與指端的距離z與耦合效率的函數關係； c.由於探針陣列沿特定方向順序掃描時，接收到的光功率不是連續的，而是一串幅度不同、間隔不等的隨機脈衝序列，因而可以得到脈衝的包絡，即被測表面的輪廓； d.確定表面粗糙度的測量基準，利用相關算法計算得到評價表面粗糙度的主要參數。
2.根據權利要求1所述基於指端表面粗糙度的測量方法，其特徵在於:該方法還包括對所獲取的指端表面粗糙軌跡進行基線漂移處理，以消去手指表面不平整所帶來的影響。
3.根據權利要求1或2所述基於指端表面粗糙度的測量方法，其特徵在於:所述雷射發射器發出的雷射束波長為694.3nm。
4.根據權利要求1或2所述基於指端表面粗糙度的測量方法，其特徵在於:光纖探針陣列整體被不透光的黑色外殼所包圍，光纖探針陣列以及黑色外殼集成為一光纖探頭測量>j-U ρ?α裝直。
【文檔編號】G01B11/30GK104296697SQ201310296898
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月16日 優先權日:2013年7月16日
【發明者】陳真誠, 朱健銘, 陳剛, 殷世民, 梁永波, 馬進姿 申請人:桂林電子科技大學