? ? 在材料科學與生物醫學研究領域，精確測量和分析實驗樣本的物理參數是確保研究準確性的關鍵環節。近期，某客戶在研發過程中遇到了一項技術挑戰：如何準確測量多色半透明膠體在培養皿中相對于底部的高度位置。這種膠體在凝固后形成了一種特殊的表面形態，即圍繞培養皿周邊外高內低，這對后續實驗的數據精確性提出了更高要求。鑒于傳統接觸式和非接觸式傳感器的局限性，本文介紹了一種基于光譜共聚焦原理的高精度位移傳感器解決方案，旨在克服這一技術難題。
傳統方法的局限
接觸式位移傳感器：由于膠體材質柔軟且易變形，使用接觸式傳感器不僅可能損壞膠體表面，還難以保證測量結果的準確性。
非接觸式激光位移傳感器：半透明膠體的透光性使得激光無法有效穿透至培養皿底部，從而無法直接獲取底部位置信息。
光譜共聚焦位移傳感器的應用優勢
針對上述問題，采用光譜共聚焦原理的位移傳感器提供了一種創新的解決方案。該傳感器通過垂直照射膠體上部，能夠同時捕捉到四個關鍵的波形曲線：膠體上表面、膠體下表面（即培養皿底部上表面）、培養皿底部實際位置以及基臺表面位置。這一技術特點使得傳感器能夠在不接觸樣品的前提下，實現高精度的厚度與高度測量。
技術細節與操作優化
波形識別與厚度計算：通過對比1號和2號波形（分別對應膠體上、下表面），可以精確計算出膠體的厚度，這一過程依賴于對光在膠體與培養皿間折射率的精確計算。
顏色透光性問題：紅色和藍色膠體因透光性差異，可能導致第二個波形（膠體下表面）不明顯。為解決這一問題，可通過手動調節曝光強度，增強信號接收，清晰呈現出第二個波形，確保測量精度。
高精度參數：傳感器具備以下關鍵參數，確保了測量的高精度與穩定性：
參考距離：47mm，適用于大多數標準培養皿尺寸。
測量范圍：±3.5mm，足以覆蓋膠體可能的高度變化。
光斑直徑：Φ25μm，確保測量點的精確聚焦。
測量精度：可達1-2μm，滿足高精度科研需求。
靜態噪聲：140nm，保證測量結果的低噪聲干擾。
線性誤差：＜±1.4μm，確保測量結果的線性準確性。
溫度特征：＜0.03% of F.S. /℃，減少溫度變化對測量結果的影響。
實際應用與展望
采用光譜共聚焦位移傳感器，不僅解決了半透明膠體高度測量的技術難題，還為材料科學、生物醫學等領域的實驗研究提供了更為精確的數據支持。該技術的成功應用，不僅提升了實驗結果的可靠性，也為類似復雜材質測量問題的解決提供了新的思路和方法。未來，隨著傳感器技術的不斷進步，其在微納制造、生物組織分析等領域的應用前景將更加廣闊。
綜上所述，光譜共聚焦位移傳感器以其非接觸、高精度、多波形分析等優勢，成為解決半透明膠體高度測量問題的理想選擇。通過精細調節與優化，該技術能夠有效克服顏色透光性帶來的挑戰，為科研工作者提供準確、可靠的測量數據，推動相關領域研究的深入發展。