TDLAS系统动态光强跟踪检测电路研制

TDLAS系统利用气体对特定波长的激光吸收的原理进行气体检测,激光的光强稳定性对系统的检测精度和稳定度有着重要的影响。针对TDLAS系统激光器光强的变化,本文研制了动态光强跟踪检测电路。电路采用STM32H7B0作为主控制器,设计了低噪声的高速前置放大器,并使用压控放大器AD8367调整电路的增益。主控芯片实时检测光强变化情况,并控制放大器调整检测电路的增益,实现动态光强跟踪。经过测试,该检测电路可以根据激光器光强变化实时的调节增益,稳定的输出电压信号,消除了激光器光强的变化对TDLAS检测系统的影响。     

二维计数跟踪型激光多普勒测速研究

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统利用两个计数跟踪光电混合反馈环路来分离并测量速度的二维分量。采用计数跟踪方法后,光电信号的带宽被压缩了至少一个数量级,使得该系统不仅工作稳定可靠,而且结构简单、成本低廉。详细讨论该系统的工作原理、构成,并给出实验研究结果。     

激光选区熔化熔池光强监测系统设计

熔池光强监测是激光选区熔化（SLM）过程监测的重要方法之一。针对SLM成形过程,建立了一套熔池光强监测软硬件系统,通过近红外滤光技术和光电二极管检测电路,获得成形过程中的熔池光强数据。针对时域信号不能可视化激光作用不同成形位置时的熔池光强变化,提出了采用映射算法对熔池光强数据进行建模。对变功率下熔池光强进行数据分析与建模,激光功率120 W熔池温度均值为1 404℃时,二极管信号均值为0.31 V,标准差为0.04 V,熔池较稳定;功率增加到220 W熔池温度为1 727℃时,二极管信号均值增加为0.81 V,标准差增加为0.22 V,熔池稳定性变差。表明该熔池光强监测系统可以获得工艺参数对熔池热辐射行为的影响规律,用于支持SLM成形工艺的研发与优化。     

回波信号积分法统计光束偏移误差

激光瞄准系统主要存在的瞄准误差是偏移误差和抖动误差,解决好这两种误差可以使光束能够准确瞄准目标物体,并且在传输过程中减少信号的损失.介绍了一种新的光束瞄准技术,该方法建立在光束远场光强的高斯分布和光束抖动的高斯分布基础上,利用回波信号的统计得到视轴的偏差,精度可以达到5μrad,而且不需要目标自身返回瞄准信息,也无须对目标进行扫描,试验成功验证了这种方法的可行性.     

高重频激光瞄准系统精度测试方法研究

为满足对激光瞄准系统瞄准精度的测量要求,设计了一套激光瞄准偏差测试系统。该系统定标方法简单,靶标与拍摄系统相对位置固定,能够作为移动靶标测试激光跟瞄移动物体的瞄准精度。该系统能够跟踪高帧频的激光脉冲。通过对激光脉冲能量分布图像的分析确定了图像处理和灰度加权重心法相结合的光斑中心提取算法,提高了系统测试精度。并使用双光楔法对该系统进行了测试,实验结果表明系统对激光光斑中心的定位精度高于0.2 mm。该方法具有较高的工程应用价值。     

UC3525用于光电测量系统的反馈控制

首次将脉宽调制控制芯片（ＵＣ３５２５）用于激光扫描测量系统，解决了激光扫描测量中因不同材料对激光的散射光强不同、不同曲面对激光光强反射各异以及物体表面镜面反射等问题给测量精度带来的严重影响，利用激光扫描系统中的摄像机直接作为光强反馈系统，实现了测量过程中的光强自动控制，有效地降低了光强饱和等问题给测量带来的误差。     

基于905 nm激光器的激光跟踪系统研究

通过对四象限光电探测器结构及激光跟踪原理的分析,利用905 nm半导体激光器作为指示光源,制作了一套四象限光电定位跟踪系统。在室内实现了搜索和跟踪定位,对8 m处的目标进行了跟踪,并测试了激光的发射波形以及展宽电路的采样信号,跟踪精度达±2.5 mrad。通过实验对该系统进行的跟踪测试,证明该系统不但体积较小而且稳定、准确。与传统的激光跟踪系统相比,半导体激光跟踪系统可以适应更多的应用环境,有着更加广泛的应用前景。     

频率调制光谱稳频法的信号处理算法研究

频率调制光谱稳频法利用参考气体对激光吸收量来反馈控制激光波长稳定,反馈信号的提取通过调节参考信号与吸收分量同相的方式实现.为免除移相的麻烦,提出利用吸收分量和色散分量的合成信号作为反馈信号,通过仿真证明可以利用合成信号作为反馈信号.该合成信号的提取利用两正交参考信号与合成信号耦合的方式实现,该方式方便了信号的提取,免除了调相的麻烦.最后还提出一种判定激光波长偏移的方法.     

激光在物体表面涂层均匀度探测中的应用

针对物体表面涂层的不均匀情况,采用激光对物体表面进行非接触测量,它能实现对物体表面微观变化的在线检测。通过光斑对被测表面扫描,分析反射光强的变化,获得了反射光强与物体表面涂层均匀度的关系。物体表面的涂层均匀度具有随机性,对光的反射程度也有所不同,依据接收光信号的变化,用计算机仿真得到被测物体表面的形貌特征,仿真结果能反映表面涂层均匀度的变化趋势。实验表明,系统结构简单、原理直观,检测范围1～80 μm,精度小于5 μm。     

用于三维成像的激光传感器旋转扫描系统

以实现物体三维成像为目的,设计用于三维成像的激光传感器旋转扫描系统。激光传感器采集物体光条图像,将光条图像传到上位机,使用旋转扫描测量模型获取物体光束的三维空间坐标数据,使用OpenGL开发图形库构建物体三维云图,将光条图像按照3D轮廓扫描顺序获取物体红、绿、蓝分量,将这些分量与物体3D空间坐标数据整合后,完成物体三维云图着色。实验结果表明：该系统具备较丰富的伺服控制功能,且标定物体光平面坐标误差仅为0.005 mm;物体三维成像逼真度较高,与实物颜色较为接近,三维成像效果优秀。     

半导体激光自混合变速测量的离散Chirp-Fourier变换方法

当外部激光被反射回激光内腔时,反馈光与激光器腔内光混合,调制激光器的输出功率和频率,通过信号处理可以得到物体运动的多普勒频率,从而计算出物体的运动速度。基于这种特性,设计出一种激光自混合干涉仪,为了知道该技术是否适用于变速测量,对激光自混合用于变速运动物体的速度测量进行了探索。基于激光自混合三镜腔模型,建立了激光自混合用于变速测量的数学模型,提出了基于该模型的特征参量提取方法,该方法基于离散Chirp-Fourier变换理论。对激光自混合输出信号进行离散Chirp-Fourier变换,变换结果的主瓣坐标反映了物体运动的速度及加速度信息。最后,对该方法进行了仿真分析,在SNR=0 dB和SNR=7 dB的情况下,能较好地获得物体的速度和加速度信息。因此,仿真试验证明:该方法在较低信噪比的情况下仍能有效提取物体的速度及加速度信息。     

激光跟踪仪目标脱靶量精密探测方法

激光跟踪仪是一种用于大尺寸空间精密几何坐标测量的重要光学测量仪器。PSD是激光跟踪仪实现对合作目标精密跟踪的脱靶量传感器件,其探测精度直接影响跟踪测量性能。首先,简要介绍了激光跟踪测量系统及基工作原理,然后根据系统需求提出了脱靶量精密探测方案。重点讨论了I/V变换、信号放大、滤波、参数匹配等硬件设计方法以提高PSD输出微弱电流信号的稳定性,研究提出了基于FPGA和有限状态机的去极值平均滤波算法和扩展除法运算算法分别用于降低噪声干扰与提高测量精度;数据表明在4mm4mm的区域内脱靶量探测稳定度优于2m。采用该方法实现激光跟踪仪对合作目标的动态跟踪,很好地满足了激光跟踪仪的精密快速跟踪需要。     

激光跟踪仪高精度测量运动物体位姿的研究

为了实现运动物体空间位姿高精度的实时测量,基于激光跟踪仪测量的地理坐标系的方法,采用两个激光跟踪仪分别瞄准运动物体首尾两处的标靶,两台激光跟踪仪同步触发采集数据,实时获取运动物体首尾两点的空间坐标数据,测量了运动物体在空间地理坐标系下的位置和姿态信息;利用自主研发的软件计算了运动物体的空间位姿,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,测量系统的稳定性与精度较好,所提出的测量方法能够满足高精度的空间位姿测量要求。     

EEMD法在激光语音传输系统中的应用

为消除激光语音传输系统中激光器输出功率不稳定对探测信号的影响,提出了一种结合集合经验模态分解(EEMD)与相关系数的方法对信号进行处理.该方法将信号分解为不同的分量,算出不同分量和原信号间的相关系数,再设置固定判定阈值来区分真实信号和趋势项分量.该方法可以克服传统处理方法中存在的模态混叠和需要主观判断趋势分量的缺点,从而达到避免主观判断失误和准确提取趋势的目的.仿真及实验结果表明,使用该方法后再去噪效果优于直接去噪,此外该方法能有效去除激光器功率线性变化和频率小于15 Hz的正弦起伏变化导致的趋势.     

偏置信号和噪声对单模激光随机共振的影响

为了研究激光系统的性质,采用色抽运噪声和实虚部关联的量子噪声驱动的单模激光损失模型,用线性化近似方法,对单模激光系统的输出光强信噪比进行了理论分析;并具体分析了调制信号振幅、低频调制信号频率、高频载波信号频率、量子噪声强度、抽运噪声强度以及量子噪声实部、虚部间的关联系数对系统随机共振的影响。结果表明,信噪比随激光系统净增益系数存在随机共振现象。此结果对优化激光动力学提供了理论依据。     

基于小波变换的提升机激光位置跟踪系统的信号处理

提升机位置跟踪系统可用工作在红外波段的激光,测量″调制光波″往返于被测距离上相位差的方法来测定距离.由于信号中含有噪声,因此通过小波变换来实现提升机测距信号的信号处理,利用信号和噪声在不同尺度的小波变换下呈现特性相反,采用阈值方法消除噪声,重构真实信号.该系统能极其准确地显示提升机的实际位置,提高了距离测量的精度.通过MATLAB软件进行仿真,实现了激光位置跟踪信号的数据处理,以及对提升机位置和速度的数字化控制.     

激光跟踪测距中的测量检测技术

介绍了利用半导体光源可达秒级的激光跟踪误差斜率曲线测量系统.阵列式激光光束光强分布测试仪和与激光跟踪测距接收机数据采集与处理的接口和打印、I/0接口等.成为激光跟踪测量设备装配检验和测量的依托手段,给出误差斜率曲线的测试结果.     

自适应增益光电探测电路设计

在激光模拟实兵对抗系统中,为解决传统光电探测电路受环境影响大,系统不稳定、检测效能低的问题,设计了一种基于单片机的增益自适应光电探测电路。在传统光电探测电路的基础上改用两个对称分布的跨阻放大反馈电路,消除光电探测器偏置分量,抑制前置放大电路的系统噪声;采用自动增益控制电路使不同射击距离下输出信号幅值保持稳定;采用多级滤波的方式去除信号的直流分量并有效抑制背景噪声,为信号的进一步处理提供准备。通过实验验证与TINA-TI仿真分析结果表明,该光电探测电路可以实现增益自适应变化,在不同入射距离下输出电压幅值基本稳定在2 V左右。其性能明显优于传统固定增益电路,极大地提高了对光电信号的探测能力,该结果验证了本文提出的光电探测电路设计的科学性和可行性。     

基于小波数字滤波的傅里叶变换轮廓法

采用一种基于小波数字滤波的傅里叶变换轮廓法测物体三维形貌。先利用小波变换基本滤除变形栅线图中的直流分量和高频分量,再进行相位计算。结果表明,该方法在一定程度上解决了频率混迭的问题,从而也降低了对低通滤波器的设计要求。     

信号对单模激光损失模型输出特性的影响

为了更好地优化激光通讯系统和激光信号输出稳定性,运用线性化近似方法,采用色泵噪声和实虚部间关联的量子噪声驱动的单模激光损失模型,计算了周期信号加性输入时激光系统的光强关联函数和输出信噪比,用物理量K来描述激光系统的优化选择,发现:K与激光系统的净增益系数存在双极大值；与自饱和系数存在单极大值；与泵噪声自关联时间呈现单调递增的现象,峰值即表示激光通讯系统出现最佳匹配状态。同时,分析了系统的输入信号对优化激光系统的性质的影响。