零件表面的散射特性和表面粗糙度对产品的性能具有十分重要的影响,本文基于激光散射原理设计了用于检测表面粗糙度和表面散射特性的多波长光纤传感器。光纤传感器的探头采用特殊的几何设计,用650nm、1310nm和1550nm激光作为光源,选择2mm的工作距离作为最佳测量距离,对不同表面粗糙度的样品(aR=0.10mm,0.20mm,0.40mm,0.80mm)进行了测试和分析。实验结果表明:(1)同一波长下,随着表面粗糙度的增大,以外磨样品为反射面测得的反射强度减小。在粗糙度相同的条件下,随着入射波长的增大,反射强度增大。(2)多波长光纤传感器可以精确地测量表面粗糙度,并能有效地减小系统误差。系统误差分析得到传感器的相对误差范围大约为3.56%~7.43%。(3)通过测得的散射强度比值与表面粗糙度的关系曲线可以看出粗糙面反射的散射强度比值与粗糙度具有良好的线性关系。(4)多波长光纤传感器测得的表面粗糙度的最小相对误差为2.92%,最大相对误差为13.4%,平均相对误差为7.48%。多波长光纤表面粗糙度传感器的测量精度是单波长光纤传感器的两倍。由于采用多波长光纤传感器测量表面粗糙度时,测量误差较大。为了更好地测量粗糙度,引入了支持向量机的概念,利用支持向量回归机来预测表面粗糙度。实验中采用的测试样本是研磨标准样品(aR=0.012mm,0.025mm,0.05mm,0.10mm),选择作为光源的激光器波长分别为650nm和1310nm,测量粗糙表面散射强度的最佳工作距离为2.5mm~3.5mm。利用LIBSVM软件对测量数据进行回归运算来获得目标值,结果表明:当入射波长为650nm时,回归预测的均方误差为6.40444×10-7,相关系数为0.999705,预测的平均相对误差为2.669%。当入射波长为1310nm时,回归预测的均方误差为6.72513×10-7,相关系数为0.999838,预测的平均相对误差为2.431%。随着入射波长的增大,表面粗糙度预测的平均误差减小。采用SVR计算可以使粗糙度预测的误差小于3%。入射光照射到粗糙表面上会在散射空间内形成散斑图像,而散斑场携带有大量粗糙表面的结构信息,因此,研究粗糙反射面形成的散斑场具有重大的意义。本文采用光束质量分析系统采集散斑图像,使用Matlab软件对散斑图像进行处理,通过空间平均法计算得到散斑对比度,利用二次多项式拟合建立散斑对比度与表面粗糙度的关系。实验结果表明:粗糙度越大,相对误差越小,相对误差最大值为12.5%;基于激光散斑平均对比度的表面粗糙度测量方法是可行的,这种方法具有非接触、效率高、装置简单等优点。综上所述,采用光纤传感法、支持向量机及微分散射法来测量表面粗糙度都是可行的。这也为光学工程中光学元件的精密测量提供了很大帮助。