1 引 言
电荷耦合图像传感器件［1］自1969年发明以来，无论是研究方面还是应用方面都取得了惊人的进展，已经成为图像敏感元件中最好的器件。它突出的特点是以电荷为信号，它的基本功能就是将光信号转换为电荷信号，通过外部控制电路实现电荷的存贮、转移和检测。
现实中许多场合需要对细线的直径进行测量及控制，比如漆包线、光纤等。这些细丝的直径一般很小，约在20～50μm的范围，不能使用普通的方法进行测量，文中介绍的是应用激光衍射法可以方便地进行这个尺度范围的测量；结合电荷耦合图像传感器件及计算机控制系统，则能实施细丝直径的在线测量，从而形成自动化检测质量控制系统。
2 激光衍射法测细丝直径的物理原理
如图2—1所示是夫朗禾费衍射原理图，激光器发出的平行单色光入射直径为d的细丝障碍物，衍射光过透镜后，投射在放置在透镜焦平面上的接收屏上，根据夫朗禾费衍射公式
式中，d为细丝直径；θ为衍射角；λ为入射激光的波长，k为衍射暗条纹的级次。
通过衍射关系，可将细丝直径的测量放大为衍射角的测量。而这个测量是很方便的。
如果使用普通he－ne激光器，则激光波长为λ讲，这个衍射角范围应是可行的，其测量值也是准确的。但这会导致接收屏过大，不利于在线测量、实施自动化检测质量控制。考虑到这一点，光源可采用氟化氪固体激光器，该激光器可产生波长为3．09～3．25μm的可调谐激光。在这种条件下，对应k＝1，d＝20μm，θ＝8°53′；d＝50μm，θ＝3°30′，满足θ较小的条件，有sinθ≈tgθ＝xk／f，将这个条件代入式（2—1），可得
式中xk为第k级暗纹到屏中心0的距离，参见图2—1。由此，可计算出相邻暗条纹之间的间距为
式（2—3）说明任何相邻暗条纹间距相等。由式（2—3）得到d的表达式
3 在线检测自动控制的实现
为了实现在线测量自动控制，可用线阵电荷耦合图像传感器件（ccd）代替接收屏，如图3—1所示，为了能够自动测量暗纹间距s，采用线阵ccd图像传感器将衍射明纹光强分布转换为离散的电信号，通过外部控制电路和计算机实现电荷的存贮、转移和检测［2、3］。这样，测细线直径d，就转化为通过图像传感器测量相邻暗纹的间距s。对式（2—4）应用最大误差传递公式，就有
由于激光单色性很好，δλ＜10－5λ，可略而不计，透镜焦距f是由光学器件生产厂标定的，故δf是一个确定量，对δd的变化并不产生影响，在这里提高对d测量的精度，其变化参数只有s。故式（3—1）可改写为
式中c＝λδf／s，视为常数。式（3—2）表明，只要给出所要求d的变化范围δd，就可以确定δs，将这个确定的δs输入外部控制系统，即可控制δd，从而实现在线检测自动控制。
［参考文献］
［1］ 周祖成．茅於海．电荷耦合器件在信号处理图像传感中的应用［m］．清华大学出版社，1991．
