[发明专利]一种基于指端表面粗糙度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面粗糙度的测量方法，特别是涉及一种基于指端表面粗糙度的测量方法。

背景技术

据医学领域多年深入研究发现，糖尿病患者经过皮肤科检测，往往表现出弥漫性皮肤干燥，手指皮肤粗糙呈砂纸样，在手指末端背侧可见有多个微小的过度角化丘疹聚集成的小圆石，指节和指间关节处皮疹更密集。可见手指表面粗糙度与糖尿病的研究有关系，所以，准确的获指端表面粗糙度对于医学诊断和科学研究都有非常重要的意义。

对于物体表面粗糙度的研究方法目前有两大类，第一类为接触式测量方法；第二类为非接触式测量方法；第一种方法主要是用某种材料制作的探针作传感探头的接触式测量。而第二种则主要采用光学的方法，如光学散射法、干涉法等原理制成的表面粗糙度测量方法。在各种表面粗糙度的测量方法中，触针式表面轮廓仪是应用最广、精度较高、技术也最成熟的一种。对于在线无损测量也主要应用光学的方法进行。

由于人体皮肤组织的特殊性，目前对于人体皮肤表面粗糙度的研究相对较少，本发明把基于光纤传感的新型测量技术应用于人体指端表面粗糙度的测量中，取得了良好的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于指端表面粗糙度的测量方法，该方法在通过光纤探头阵列顺序扫描的方法得到指端表面的轮廓轨迹，并对轨迹线条进行基线漂移处理，得到准确的粗糙轨迹曲线。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

a.调制特定波长的激光发射器，选择最佳波长的光束；

b.根据表面轮廓对耦合效率的调制原理，可得到探针与指端的距离z与耦合效率的函数关系；

c.由于探针阵列沿特定方向顺序扫描时，接收到的光功率不是连续的，而是一串幅度不同、间隔不等的随机脉冲序列，因而可以得到脉冲的包络，即被测表面的轮廓；

d.确定表面粗糙度的测量基准，利用相关算法计算得到评价表面粗糙度的主要参数。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1本发明一种基于指端表面粗糙度的测量方法的系统流程图。

图2本发明一种基于指端表面粗糙度的测量方法中单束光纤照射的耦合示意图。

图3本发明一种基于指端表面粗糙度的测量方法的光纤探头沿被测表面扫描示意图。

图4本发明一种基于指端表面粗糙度的测量方法的表面轮廓对耦合效率的调制原理示意图。

具体实施方式

图1所示一种基于指端表面粗糙度的测量方法的系统流程主要包括激光发射器、方向耦合器、光纤探针阵列、光电转换、信号放大、滤波输出电路、采样保持、A/D转换、中央处理器、输出结果和波形显示等十个部分。具体内容主要包括:

(一)根据皮肤的光学特性研究，作用于皮肤表面的激光辐射，通常受到皮肤反射、吸收、散射和透射。吸收过程不仅与组织成分有关（包括生物色素等），而且与组织结构的不均匀性散射有关，研究表明组织对激光的最大和最小反射分别与其最小和最大吸收相符合。人皮肤组织的反射率随波长的变化表现出相对的差异，可见光范围（400～700nm）皮肤组织的反射是波长的函数，694.3nm波长的激光反射的百分比在45%～80%之间，平均大约30%。所以本发明中选择694.3nm波长的激光束。通过激光器发射该固定波长的光束，光纤探针阵列的出射光P0垂直照射在手指表面，其中每束光纤照射在-x0～+x0的区域内如图2所示，但是并非该区域的所有光都能重新返回光纤，只有中心附近很小区域内的光能与光纤耦合。光纤探针的电路顺序由主控制器内的程序实现，其整体扫描示意图如图3所示，被测表面反射的光沿着入射光纤返回，由端口输出，这是由被测表面轮廓调制的光脉冲信号，它经信号光路至光探测器，转变为传感信号Vs，该信号是与被测表面微观不平度有关的量，表面轮廓对耦合效率的调制原理示意图如图4所示，通过分析处理传感信号，可以计算出被测表面粗糙度的各个参数。

（二）由于光探测器上得到的传感信号十分微弱，且含有环境因素引起的杂波分量以及表面粗糙度无关的纹波信号等，所以要对这个信号进行放大，再经过滤波器去除干扰信号，然后经输出电路将其送入A/D接口电路由处理器采样，并进行处理。最后由输出设备（液晶屏）显示被测表面的各项粗糙度参数以及轮廓图形。具体参数包括：轮廓算术平均偏差Ra、轮廓微观不平度十点高度Rz、轮廓均方根偏差Rq、轮廓最大高度Ry。

所述光纤探针阵列整体被不透光的黑色外壳所包围，目的防止杂光干扰影响测量精度，光纤探针阵列以及黑色外壳集成为一光纤探头测量装置，方便测量。