基于二维光学相干层析的多层薄膜结构无损定量评价

为了实现对多层薄膜结构厚度进行快速准确的测量和无损定量评价,研制了二维光学相干层析(Optical Coherence Tomography,OCT)系统,避免了传统一维OCT系统逐点扫描导致成像效率低下的问题。阐述了去除OCT共轭镜像理论,采用了五步相移干涉法,具体由压电驱动器驱动参考镜实现,做到了对OCT共轭镜像的去除,避免出现OCT图像的混叠。所研制的OCT系统具有极高的系统分辨率和较好的信噪比,可以实现对手机钢化玻璃薄膜内部四层结构厚度(钢化玻璃、静电胶层1、防爆贴膜和静电胶层2)进行准确测量。实验结果表明:自研制的系统可快速高精度地对多层薄膜结构厚度进行测量,可以推荐使用在多层薄膜的无损定量评价中。     

电力传输线路中电流测量系统的设计和实现

基于法拉第效应的光学电流互感器（OCT）,提出了电力传输线路中电流测量方案,解决了OCT中光照度信号的自动增益均衡化问题;利用锁相环技术实现了测量过程中采样信号相位同步,提高了电流测量精度;对提出的测量电路方案进行了测试与分析。     

锻压制件及其模具的三维光学测量系统精度评价新方法研究

VDI2614/2634是三维光学测量系统精度评价的通用方法,国标锻压制件及其模具光学三维几何量检测规范正在草拟中,提出了一种应用于锻压制件的光学测量系统精度评价新方法,制定了测量方案。以每组为一个子系统,分别计算出每组的极差、平均差和标准差,定义平均差和测量平均值的比值为子系统的系统相对误差,定义极差和测量平均值的比值为子系统的偶然相对误差。综合考虑各子系统的相对误差和权重,计算出测量系统的系统精度和偶然精度。为统一评价标准,提出了标准系统精度、标准偶然精度和标准精度的概念和计算方法。利用此方法对自主开发的XJTUOM光学测量系统进行了评价,得出其标准精度为0.89的结论,该方法为锻压制件检测的国标制定提供了参考。     

基于OCT技术的自动增益均衡化方法设计与实现

介绍了基于法拉第效应的光学电流互感器(OCT)工作原理;给出了基于OCT技术的电力线路母线电流测试方案;为了实现对OCT的光强信号进行增益均衡化处理,提出了硬件实现自动增益均衡化方法,并利用锁相环技术实现了测量信号的相位同步;对OCT系统的测量误差进行了测试和分析,结果表明电流测量达到了互感器相关国家标准规定的0.2等级精度要求。     

基于MCU的多路脉冲信号测量系统分析与实现

针对工业现场多路脉冲信号频率和累积量的测量,建立了基于MCU的测量系统。系统根据GPIO中断来捕捉信号,采用多周期同步法测量频率。分析多路信号测量机制,给出了实现精度要求所需的系统约束条件。约束条件可用于不同平台和测量要求下的系统设计。以常用ARM-CM3平台为例,设计程序流程,实现了8路0～50kHz信号的测量。测量结果表明,频率相对误差0.002%,累积量无偏差。     

磁记忆拉伸应力测量中外磁场干扰的影响

利用磁记忆技术进行杆索钢构件拉伸应力测量时,作为激励磁场的地磁场极易受到外界干扰,极大地降低了测量精度.为研究外磁场干扰对测量精度的影响,建立了力磁耦合理论模型,推导出传感器输出与拉伸应力、地磁场和干扰磁场的关系式.用永磁体模拟干扰磁场,控制其与传感器的相对位置可改变干扰方式,分别测试不同干扰下传感器输出与构件拉伸应力的关系.试验结果与理论分析一致:当干扰磁场较强,比地磁场高一个或几个数量级时,传感器输出曲线斜率和截距均受影响而变化;当干扰磁场较弱,与地磁场同数量级或更弱时,斜率变化可忽略,但截距仍变化较大.对于实际工程测量中弱磁场干扰情况,根据其影响特征,提出了一种差动式消除方法,提高了测量精度.     

虚拟切片无损测量精密进给系统误差补偿研究

虚拟切片无损测量装置可改进传统三维无损测量装置的不足,具有测量精度高、成本低、数据测量与处理快、可测量物体内部轮廓等优点。其中,精密进给系统是该装置的关键子系统,精密进给系统是影响片层质量精度的直接因素,同时也间接影响微小单元体质量的计算精度,因此,提高精密进给系统精度是优化基于虚拟切片无损测量装置的关键问题。通过对该装置精密进给系统的误差分析及误差补偿研究,实现精密进给系统误差均值从±0.008mm到±0.0056mm的优化,验证测量点中误差补偿成功率91.5%。验证结果证明误差补偿效果明显且稳定。     

光栅传感器正交信号自动实时补偿技术研究

为提高光栅尺的测量精度和分辨率,对光栅位移传感器输出信号的自动实时处理方法进行研究。分析了光栅尺输出信号中存在的误差因素,根据Heydemann误差补偿模型修正信号中的非正交误差、直流误差和不等幅误差,利用CORDIC算法对修正后的信号进行细分。处理过程在LabVIEW环境下进行,利用FPGA模块实现信号实时处理,并与XL-80干涉仪比对验证该处理可有效补偿信号中的各类误差,且测量相对误差不超过±2μm。     

厚度无损检测仪器的精度长期稳定性研究

无损检测和结构健康监测是保障工业生产安全、降低维护成本的重要技术。在结构健康监测领域,原位测量仪器的长期稳定性尤为重要。首先介绍电磁、超声无损检测在厚度检测的应用现状,针对随后讨论厚度无损检测检测仪器精度长期稳定性问题。对厚度无损检测仪器现在长期使用过程中的精度变化规律进行研究,探讨三种测厚仪器的工作原理、精密度和准确度与仪器的稳定性的关系。采用三种厚度测量仪器（超声测厚仪、涂覆层测厚仪与楼板测厚仪）测量预标定样本的仪器试验测量方法,得到五年测量数据。再通过分析数据的年平均误差、相对误差和变化速率来讨论电涡流测厚仪、超声测厚仪的长期稳定性,并进行三类仪器间的比较,分析各类型仪器的特点。结果显示电涡流厚度测量仪器具有相对较好的长期稳定性;超声测厚仪和楼板测厚仪精密度维持能力受时间影响,仪器精密度逐年下降,准确度也趋于不稳定。为电磁无损检测技术应用到结构健康监测领域,自校准和补偿奠定了基础。     

虚拟切片无损测量片层质量检测系统优化研究

基于虚拟切片无损测量方法具有测量精度高、成本低、数据测量与处理快、可测量物体内部轮廓等特点。由于测量质量精度高,其测量装置中精密片层质量检测系统精度是研究的关键技术之一,直接影响微小单元体质量的计算精度。运用误差补偿与误差影响因素正交实验等技术手段,对精密片层质量检测系统的误差分析及优化。实验结果证明,实现了片层质量平均相对误差从19.36%降至5.52%,并且在各片层厚度条件下,相对误差皆保持平稳幅度。     

无创血糖检测仪温度标定系统的研制

血糖浓度是人体生理参数的一项重要生理指标,无创血糖检测仪能够实时检测血糖浓度。设计了一款针对于无创血糖检测仪的温度标定系统,以对称热传递法为基本方法,完成系统的软硬件设计。实验表明,系统能够完成对无创血糖检测仪的标定,标定后无创血糖检测仪温度参数测量误差为0.1摄氏度,满足仪器对相对精度的要求。     

Ultra-resolution phase comparison method combining phase synchronous detection and common frequency source

With the improvement of frequency standard comparison and precise frequency and phase processing technique, the high-precision frequency measurement, phase comparison, phase locked loop and signal processing are necessary. Combining phase synchronous detection principle and common frequency source, an ultra-high resolution phase comparison method is presented in this paper. Using the concepts of the equivalent phase comparison frequency, group period phase processing, phase group synchronization and phase quantization step and so on, and the high stability of common frequency source, the resolution with picosecond or subpicosecond can be easily obtained and ±1 count error in traditional phase comparison approach can be eliminated. Experimental results show that the measuring precision better than femtosecond in one hour can be achieved in the long-term frequency standard comparison.     

光电容积脉搏波无创测量人体血液成分的评估

为了评估光电容积脉搏波法在人体血液主要成分检测方面的精度水平,基于朗伯比尔定律及简化的光电容积脉搏波法测量模型,给出了物质成分测量的极限分辨浓度公式。对公式中的三个要素,即人体测量时的光强信噪比、光程、被测物质的摩尔消光系数进行了评估,获得了理论上光电脉搏波法对血红蛋白、白蛋白、血糖的极限分辨浓度。评估结果表明,光电容积脉搏波法可以测量的血红蛋白、白蛋白和血糖的极限分辨浓度水平分别约为100mg/dL,5000mg/dL以及10 000mg/dL。将该评价结果与现阶段临床需要的检测精度进行对比,可知光电容积脉搏波法能够满足需求,有望实现对血红蛋白的无创检测。     

A study of wavelet analysis based error compensation for the angular measuring system of high-precision test turntables

An angular measuring system is the most important component of high-precision test turntables; its function and precision determine the turntable's function and precision. The angular measuring system's error was considered as a stationary signal in the past. An autocorrelation function and spectrum characteristics of the angular measuring system error are analyzed using the cyclostationary signal theory. The idea that the error in the angular measuring system is nonstationary is first put forward; theory is provided to reconstruct the angular measuring system's error signal using wavelet analysis. The error signal is reconstructed using one-dimensional Mallat's algorithm. The standard deviation between the reconstructed and the original signal is much less than the angular measuring system's accuracy. The reconstruction signal is used to compensate the system error instead of the original error signal; the angular measuring system accuracy is improved.     

基于脉搏波的无创血压检测系统

针对现阶段无创血压检测仪体积较大、不易携带,且需要专业人员操作的问题,提出了一种无创血压检测系统。系统基于脉搏波传导和光与物质相互作用的原理,提取并分析了光与手腕处的皮肤作用后的光电信号模量,推算出动脉血液流速,即脉搏波传导速度,从而进一步推算出血压值。试验结果表明,本系统与传统血压检测仪的平均相对误差在5%以内,具有一定的可行性。该系统具有体积小、成本低、测量方式简单、易携带、可做大数据管理等特点,可用于人体血压的实时监测及健康管理。     

氧化酶光度法葡萄糖定量测量条件探讨

依据人体尿糖、血糖的浓度范围,研究从2.0~38.5mmol/L不同浓度的葡萄糖水溶液在不同温度下与葡萄糖氧化酶试剂反应的动力学过程,在可见光谱区,结合分光光度法和最小二乘法对溶液中的葡萄糖含量进行定量分析,分析波长,光谱带宽,反应温度及反应时间等对定量精度的影响。实验结果表明,对于本文所用的葡萄糖氧化酶试剂,在32℃下葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应10m in后在550nm处进行定量,相关系数超过0.9999,预测标准误差(SEP)0.626mmol/L。如果测量时间和温度偏离指定条件,将产生较大的测量误差;但如果定量波长偏离吸收峰,并在一定带宽(如30nm)范围内进行定量,仍能得到满意的结果。     

涡旋齿高高效精密测量系统的开发及试验研究

测量过程中安装定位倾角误差影响涡旋齿高测量精度,基于精密旋转平台开发了涡旋齿高高效精密测量系统,采用改进遗传算法计算出涡旋齿高定位倾角误差,并对测量结果进行补偿,补偿后对比试验结果表明:在保证测量精度和三坐标测量机基本一致的前提下,快速测量系统的总测量时间缩短为355 s,测量环境和测量速度能满足加工现场的测量要求。新测量系统通过进一步开发可用于涡旋齿高在线检测。     

用于红外晶体双折射测量的单1/4波片法

提出了一种基于单1/4波片法的测量方法以实现红外波段光学晶体双折射光程差的精确测量。采用厚度差小于一个周期厚度的两个样品进行比对,有效克服了单1/4波片法测量厚度的限制。依照此原理研制了测试波长为3.39μm的晶体双折射测试设备。应用琼斯矩阵理论,推导了存在主要误差因素时的信号光强解析表达式,并由此分析了起偏器方位角误差、1/4波片定位精度、样品方位角偏差、检偏器旋转定位精度对测量结果的影响,综合评价了本测量方法的精度。实验结果表明,应用研制的设备实测标准1/4波片的双折射光程差误差为0.003 76μm,相对误差为0.44%,满足系统要求。得到的结果表明,采用基于单1/4波片法的新测量方法能够有效、精确测得红外晶体的双折射光程差。     

安装误差对直齿标准齿轮螺旋线偏差的影响规律

在齿轮螺旋线的实际测量过程中,不同轮齿的螺旋线倾斜偏差经常会出现较大差异。为提高齿轮螺旋线偏差的测量精度,分别研究了芯轴和齿轮安装误差对齿轮螺旋线偏差的影响规律。首先分别建立了芯轴安装偏心和倾斜误差及齿轮安装偏心和偏摆误差对齿轮螺旋线形状偏差和倾斜偏差影响的数学模型,然后制作了平垫圈(1#、4#)和楔角误差分别5.5μm/45mm(2#)和11.9μm/45mm(3#)的楔形垫圈,用于进行齿轮螺旋线偏差的精密测试实验。得到如下结果:采用2#楔形垫圈时,螺旋线倾斜偏差f_(Hβ)的最大值与理论模型相差0.17μm,相对误差为7%;采用3#楔形垫圈时,螺旋线倾斜偏差f_(Hβ)的最大值与理论模型相差0.06μm,相对误差为1%;而两次试验中齿轮螺旋线的形状偏差ffβ基本不变。实验结果表明:齿轮安装偏摆误差对螺旋线偏差的实测结果与理论值基本吻合,从而验证了所建数学模型的准确性。依据本文所建螺旋线的数学模型,得到通过调整齿轮安装偏摆误差补偿各齿轮螺旋线倾斜偏差差异的误差补偿方法。本文研究对于研制高精度标准齿轮具有重要研究意义。     

未知相对位置条件下回转体厚度的双激光检测

为了实现对大型空心回转体厚度的测量,提出了一种基于双激光位移传感器的非接触扫描检测方法。在回转体与双激光位移传感器相对位置未知的条件下,分析了由回转体安装偏心以及传感器光轴与原点不共线时所引入的测量误差,建立了双传感器信号与被测位置厚度之间的数学模型。并借助于相关理论相位差计算法、牛顿迭代法以及循环平移方法,将实际厚度值从传感器信号中提取出来。对回转体厚度检测算法的仿真实验表明,当检测信号中干扰分量的幅值不大于0.3mm时,算法检测厚度的相对误差总体保持在0.5%以内,并将此作为调整旋转台转速的依据。分析实验测量数据发现,两路信号的最大相对平移量为4;通过对数据进行偏心补偿以及平移,本厚度检测算法的测量重复性误差不大于0.05mm,可以实现在随机位置状态下对回转体厚度的高精度检测。