CN104880148B - 一种测量物体间偏差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量物体间偏差的方法，其特征在于，具有如下步骤：（a）利用在X轴上排列多个单位探测器而成的探测器阵列测量来自光源的光束的光强分布曲线；（b）根据在步骤（a）中得到的光强分布曲线，得到所述光强分布曲线与X轴所包围的封闭曲线在所选取的参考点即X轴0点的两侧的光通量之差，由此，确定光束中心与所述探测器阵列的所述参考点之间的偏差。

Description

一种测量物体间偏差的方法

技术领域

本发明涉及一种测量物体间偏差的方法，特别涉及利用光束与等面积线原理测量物体间偏差的方法。

背景技术

以往，在很多的情况下，物体与物体之间的偏差是很难精确测量的。因此，存在人为测量难度大、实时性差并且精度低的问题。因此，当前急需一种根据探测物体（例如，物体A）的强度分布来计算物体A强度的中心与探测器参考点（例如，物体B，并且探测器固定在物体B上）的偏离距离的方法。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种利用光束与等面积线原理测量物体间偏差的方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种测量物体间偏差的方法，其特征在于，具有如下步骤：

（a）利用在X轴上排列多个单位探测器而成的探测器阵列测量来自光源的光束的光强分布曲线；

（b）根据在步骤（a）中得到的光强分布曲线，得到所述光强分布曲线与X轴所包围的封闭曲线在所选取的参考点即X轴0点的两侧的光通量之差，由此，确定光束中心与所述探测器阵列的所述参考点之间的偏差。

此外，在本发明的测量物体间偏差的方法中，

在所述步骤（b）中，在所述探测器阵列的单位探测器数量为M并且选择第N号单位探测器与第N+1号单位探测器的沿X轴方向上的连线的中心线与X轴的交点作为所述参考点的情况下，

所述参考点的一侧的光通量为，所述参考点的另一侧的光通量为，

其中，X为单位探测器沿X轴方向的厚度；H为单位探测器的宽度；为第k号单位探测器在X*H面积内探测到的光的强度，

在设h为第N+1号单位探测器探测到的光强并且d为光束中心与所述探测器阵列的所述参考点之间的偏差时，d由如下公式得到，

。

进而，对上述公式进行简化，能够得到如下公式，

，

其中，Sa是所述封闭曲线在所述参考点的一侧的面积，Sb是所述封闭曲线在所述参考点的另一侧的面积。

根据本申请发明的方法，能够使振动等的测量具有简单方便并且在小范围内近似度高的特点。此外，根据本发明的方法的原理，能够确定物理场的强度中心例如光束的中心、力的中心或者流体的中心等。

附图说明

图1是示出作为本发明前提技术的假定等面积线原理的图。

图2是示出本发明中的光线主束偏差的模型示意图。

图3（a）是示出静态时探测器与光源之间的偏差的情况图，（b）是示出探测器移动时与光源之间的动态偏差的情况图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地对本发明进行说明。

首先，对作为本发明的前提技术的假定等面积线原理进行说明。图1是示出作为本发明的前提技术的假定等面积线原理图。

任意的图形均有形心，对称图形的形心一定在中心线上。将一个完整图形沿一定方向分为两个相等面积的线被称为这个方向的等面积线。

等面积线具有如下特性：（1）等面积线与方向有关，如果方向确定，那么等面积线在这个方向上具有唯一性；（2）方向确定的等面积线与形心之间的最短距离恒定，也就是说，与形心一样具有唯一性，并且，其唯一性只与图形的形状有关；（3）与形心的计算相比，等面积线的计算简单快捷，并且，等面积线与形心具有距离恒定的特点，因此，等面积线的变化可以代表形心的变化。

在本说明书中，以下所说的等面积线均指特定方向的等面积线。

如图1所示，等面积线图形由两个相等面积的图形Sa和Sb组成，那么面积Sa=Sb。相反地，关于具有假定等面积线的两个图形面积Sa≠Sb，那么假定的等面积线必定与真实的等面积线有一个距离即偏移距离d，并且，偏移距离d在一个误差允许的范围内可以由公式d≈(Sa-Sb)/2h得到，其中，h是等面积线的最大高度值，图形函数是连续函数。当偏移距离d无限趋近于固有的等面积线时有d=(Sa-Sb)/2h，d的正负决定假定等面积线偏移等面积线的方向。例如，特殊情形如长方形，在假定等面积线始终在长方形内部时，始终有d=(Sa-Sb)/2h。

此外，图2是示出本发明中的光线主束偏差的模型的示意图。如图2所示，以光线主束偏差的确定为例对本发明的方法进行说明。此处，光线主束指的是光强最大的点。

在图2中，对于一个面光源来说，来自该面光源的光在通过一个窄缝纠正后必然可以使进入该窄缝的所有光束都落在配置于该窄缝后侧的探测器阵列上，探测器阵列是多个单位探测器沿着X轴排列而成的，探测器阵列的每一个单位探测器接收通过上述窄缝的光束并进行光强测定，从而得到一个在X轴上有界的主束光强截面。并且，如图2所示那样，这个主束光强截面具有如下特征：

（1）这个截面具有Y轴上的最大值（光束截面的中心），并且，在光束中心附近衰减较慢（近似计算的最好位置），在XOY坐标轴上，顶部高，两边为0，具有封闭面积；

（2）这个封闭面积具有等积面积线y’，并且，等面积线一定在光束的中心线附近，即Y’轴与形心的距离具有恒定性，因此，等面积线可被认为光束近似中心线；

（3）这个模型具有极高的实时性，只与探测器阵列的转换时间有关。

此外，真实等面积线y’的位置是光强分布本身固有的，是不可改变的。假定等面积线y的位置是选定的，用以切分出面积Sa和Sb，也就是说，可以在X轴上选定X轴的0点（在探测器阵列上选取的测量探测器与光束中心偏移距离的基准点）。从而通过计算出X轴0点（假定等面积线）两侧的光通量之差来确定X轴0点与光束中心（真实等面积线）的距离。

此处，举例说明探测器阵列的X轴0点的确定。

例如，有100个沿X轴方向上的厚度为1mm的单位探测器沿着X轴排列而构成探测器阵列，并且，对单位探测器依次编号为1至100。如果光的强度分布在20至第60个单位探测器上，并且峰值在35号单位探测器上，那么本计算原理的光束中心一定在与探测器阵列轴（即，X轴）垂直并且唯一能将光强曲线等分的线上。由于将h设为光强曲线上的最大值并且单位探测器具有厚度（即，X轴方向上的厚度），因此例如可选取34和35号这两个单位探测器的沿X轴方向上的连线的中心线与X轴的交点作为计算的参考点（X轴0点）。这样，由于参考点已经选定，单位探测器沿Ｘ轴的移动也即X轴0点的移动，但是，光强在整个X轴上的分布和形状是没有变化的。那么在整个测量的过程中，只需要通过计算X轴0点两侧的光通量之差就能够确定X轴0点距离光束中心的距离d。

此外，如上所述那样，在图2中，Sa以及Sb侧各自的光通量如下确定，

Sa侧的光通量为，

Sb侧的光通量为，

在上述式中，X为单位探测器沿X轴方向的厚度；H为单位探测器的宽度（在图2中为在垂直于纸面方向上的宽度）；为第k号单位探测器在X*H面积内探测到的光的强度。此外，设h为第35号单位探测器探测到的光强。

此外，由于单位探测器的宽度很窄，那么光束在单位探测器上可以看作一个均匀宽度的光面体。根据假定等面积线原理有：

，

进而，。

如上所述，能够得到X轴0点偏离光束中心的距离d。

（光线主束偏差的等效原理与简化计算）

根据对图2所示的模型的分析，主束具有顶部较宽和平缓的特点，因此，可以在区间[a,b]上将实际的主束截面顶部等效为长方形，等效的原则是同时具备以下两点：

（1）区间[a,b]上的面积＝等效长方形的面积；

（2）等效前后不改变真实光强等面积线。

此处，应用上述的假定等面积线原理，X轴坐标0点偏移真实光强等面积线的距离d以如下公式（1）示出，

d≈（Sa－Sb）/2h ………… （1），

其中，d的正负表示偏移的方向，此外，h可以通过获取光束截面的最大强度数据值和允许的误差范围实时计算。

（光线主束偏差计算模型的误差来源与优点）

计算误差的来源主要有：（1）受单位阵列探测器的厚度影响而导致面积计算的积分误差；（2）等面积等效过程中长方形的选定所导致的实际轮廓线与h的差值影响。

此外，主要有如下优点：由于对光源的采集为快照式，所以，不需要在一定时间内恒定的光源，对光源没有要求；偏差计算只与单位探测器的转换时间有关，因此，如果光源当时发出的光能被测量出强度即可；在主束附近具有强大的计算消差能力。

（使用X射线光源验证光源与探测器的动态偏差情况）

在移动设备上的X射线具有发射和接收这两部分，这两个部分在移动过程中很难以同步并且探测器约为5mm厚度，通过本发明的方法，当X射线的发射和接收不移动时，主束与探测器的动态偏差为±0.15mm，也就是说测量误差为±0. 15mm，当移动时，主束与探测器的动态偏差为±1.4mm，图3（a）是示出静态时探测器与光源之间的偏差的情况图，（b）是示出探测器移动时与光源之间的动态偏差的情况图，在图3（a）和图3（b）中，横轴为时间（单位：2.5ms），纵轴为偏移幅度（单位：mm）。

通过本发明的方法，很容易通过较大的标准刻度进行精细的测量。本实例中的标准刻度为探测器的厚度（5mm），计算出的值精度却为±0.15mm。由于本发明具有的一些特殊优点，所以，在振动等动态测量等领域将具有广泛的应用前景。

如上所述，对利用光束和等面积线原理来测量光束中心和探测器阵列上的参考点的偏离距离的情况进行了说明，但是，本发明并不限于此，也能够将本发明的方法应用于力的中心或者流体的中心等的测量。也就是说，只要能够利用探测器阵列测量出力或者流体等在探测器阵列的X轴方向上的分布，就能够如以上所述那样利用等面积线原理得到力或者流体的中心。

Claims (2)

1.一种测量物体间偏差的方法，其特征在于，具有如下步骤：

（a）利用在X轴上排列多个单位探测器而成的探测器阵列测量来自光源的光束的光强分布曲线；

（b）根据在步骤（a）中得到的光强分布曲线，得到所述光强分布曲线与X轴所包围的封闭曲线在所选取的参考点即X轴0点的两侧的光通量之差，由此，确定光束中心与所述探测器阵列的所述参考点之间的偏差。

2.如权利要求1所述的测量物体间偏差的方法，其特征在于，

在所述步骤（b）中，在所述探测器阵列的单位探测器数量为M并且选择第N号单位探测器与第N+1号单位探测器的沿X轴方向上的连线的中心线与X轴的交点作为所述参考点的情况下，

所述参考点的一侧的光通量为，所述参考点的另一侧的光通量为，

其中，X为单位探测器沿X轴方向的厚度；H为单位探测器的宽度；为第k号单位探测器在X*H面积内探测到的光的强度，

在设h为第N+1号单位探测器探测到的光强并且d为光束中心与所述探测器阵列的所述参考点之间的偏差时，d由如下公式得到，

。