用四象限光电探测器获得光斑参数

对四象限光电探测器的信号处理方法进行了研究.分析了用四象限光电探测器获得光斑参数的方法,研究了其各项指标及误差来源,提出了一种新的采用微动法的四象限光电探测器光斑参数的计算方法,并与传统方法进行了比较.采用微动法获取四象限光电探测器的光斑参数,不仅能够得到光斑的光心坐标,还能够计算出传统方法得不到的光斑的半径,增加了信息量.与传统的方法相比,该方法具有误差与光斑中心位置、光斑半径无关的优点.理论分析、仿真和实验都证明,采用四象限光电探测器获得光斑参数的方法具有相当多的优点.获得的参数由两个增加到三个,采用Φ30 mm的GaAs-PIN四象限探测器时,最大误差由18%减小到1.2%以下,将其应用于车辆问大气激光通信光电精定位系统中证明,响应时间可减少30.75%.     

光电/量热复合式近红外高能激光光斑探测器

为了准确测量高能激光系统远场到靶总能量和功率密度时空分布等参数,本文提出了量热吸收法和光电探测阵列法相结合的复合式测量方法.该方法由热吸收体测量入射激光的总能量,由光电探测阵列测量光斑的时空分布.研制了用于大面积、长脉冲近红外高能激光测量的复合式光斑时空分布探测器.探测器主要由石墨热吸收体、近红外探测器阵列、测温单元和信号处理单元等组成,有效测量光斑面积达到22 cm×22 cm,光斑测量空间分辨力为1.1 cm,时间分辨力为20 ms.该测量系统同时兼顾了光电探测阵列法的高时空分辨能力和量热吸收法的低测量不确定度等优点,适合于高能量、大面积近红外高能激光光斑参数的综合测量,并已成功应用于外场实验.     

基于四象限光电探测器的对准与测量系统优化设计——系统优化

在构建四象限光电探测器的测量/对准系统数学模型的基础上,提出了一种搜寻算法,以优化系统,使得对准模型具有线性化的输入输出关系,且具有非常高的选择性.系统仿真结果表明,在四象限光电探测器光电转换系数为常数情况下,所提出的模型优化方法正确可行.掩模板位置偏移量与光电探测器的输出具有线性关系,不论是在横向方向还是纵向方向,而且消除了x、y两个方向偏移量的交叉敏感,这使得消除四象限光电探测器安装位置偏差带来的影响成为可能,提高了探测器的应用效率和测量/对准的准确度.模型的实测结果表明,经优化后的系统微位移检测误差与对准误差均小于2μm.     

四象限光电探测器用于表面形貌测量的研究

提出了一种PIN田字形四象限光电探测器接收激光干涉条纹的空间布置方法.利用积分分析法分析了在理想干涉条纹下,条纹宽度d和条纹旋转角度β与光电探测器差分信号幅值和相差的关系,并给出了满足正交条件的合适的条纹宽度d以及对应的条纹旋转角度β.设计了PIN型四象限光电探测器用于三维表面形貌测量的前置放大电路.实验应用结果表明,PIN型四象限光电探测器的差分信号能满足计数和细分要求,用于拾取激光干涉条纹能达到纳米级分辨率,能满足微纳米表面形貌测量的要求.     

基于四象限探测的激光粒度仪自动对中技术

针对激光粒度仪手动对中自动化程度低、不易调整等问题,提出了基于四象限对中单元的新型50通道光电探测器的自动对中方法。该方法根据光束是否处于四象限探测器的感光范围,将自动对中过程分为粗对中和精对中两部分。当光束不在四象限探测器的感光范围内时,可根据探测器的特定结构进行粗对中;当光束处于四象限探测器感光范围内时,根据四象限探测器产生的光电流强弱判断探测器的运动方向进行精对中。在粗对中过渡到精对中后采取变步长方式,通过比较对中精度和对中所需时间确定算法的最佳截止条件。完成了激光粒度仪自动对中系统硬件和软件的设计,实验验证了对中系统的可靠性与准确性。结果表明,最终的对中分辨率高于5μm。使用该技术对标准颗粒样品进行了测量实验,结果证实自动对中后的测量数据符合国家激光粒度仪校准规范的要求。     

RFID技术在机器人定位系统中的应用研究

为解决移动式机器人使用编码器定位法所产生的累积误差,以RFID技术代替传统光电编码器,以接收信号强度定位法定位,计算目标点坐标,结合灰色预测法对机器人旋转角度有效预测,缩短机器人移动路径。实验证明,相较于光电编码器导航定位系统,在半径4米的移动范围中,灰色导航定位系统能降低误差75.22%,距离误差控制在半径60cm内,有效解决了光电编码器的累积误差问题。     

基于灵敏度补偿的四象限探测器定位算法的研究

提出了一种改进微位移测量系统中四象限探测器测量精度的新算法。激光在传播过程中会发生光斑参数的变化,从而带来一定的测量误差。通过建立四象限灵敏度与光程长度之间的函数关系,并将此函数关系引入到四象限的测量算法中,实现对由于激光传播而引起的四象限测量误差的补偿。在传统的测量算法与本文提出方法的精度比对结果中,本文提出的算法模型精度相较于传统算法精度提升了23%,有明显的改进效果。     

基于QPD的二维角位移精密测量传感技术研究

为解决二维角位移高精度精密测量的问题,研究了一种基于QPD的二维角位移测量方法。以LED作为光源,低暗电流、高灵敏度的四象限光电探测器作为检测元件,采用光学杠杆式的测角方法形成测量系统。分析了光斑大小对测量结果的影响,并搭建高集成实验系统进行验证。测试实验结果表明:测角分辨力达到1″,在2mrad量程内,非线性度为0.18%,数据采集与传送延时为250μs。该方法可用于精密光机系统,以便高精度实时监测高速运动元件的二维角运动。     

探测光斑尺寸对热透镜聚焦误差信号的影响

为研究探测光斑尺寸对热透镜聚焦误差信号的影响,建立了基于光学相移理论的热透镜聚焦误差信号理论模型,给出了构型参数优化条件及最大聚焦误差信号的理论值。通过数值计算,分析了探测光斑尺寸对聚焦误差信号及其线性范围的影响。计算结果表明:聚焦误差信号随着探测光斑半径的增大先增大后减小,当探测光斑半径为激励光斑半径的1.14倍时聚焦误差信号最大,与理论结果一致;聚焦误差信号的线性范围随着探测光斑半径的增大而减小,在探测光的最大光学相移小于0.4 rad时,聚焦误差信号的非线性误差小于1%。     

影响四象限探测器探测结果的若干因素的研究

本文通过影响四象限探测器探测结果的几个因素入手,详细的介绍了四象限算法(四象限加减法和对角相减法),并且对像光斑大小以及背景光对探测结果的影响进行了详细分析,并且通过实验例子,对这些影响因素进行了详细的叙述,为四象限探测器的探测条件和选择方法提供了理论依据,并具有实用的参考价值。     

星点质心定位算法最优门限研究

采用合适的门限,质心定位算法可以获得相对最佳的定位精度。系统信噪比,光斑位置以及光学系统结构的不同,都将影响最优门限的取值。当前普遍采用的门限确定方法不能实现质心定位算法对门限动态最优化的要求。分析了影响最优门限的各种因素,提出了一种基于星点灰度信息的最优门限确定方法,通过研究星象灰度信息与最优门限的关系,制作了基于灰度信息的最优门限曲线模板,采用线性插值方法确定最佳门限的取值。通过仿真实验验证,证明该方法能够实现星点质心定位算法的门限取值最优化。在不同信噪比情况下比现有门限确定方法均能获得更高的质心定位精度。     

基于序列图像提高光斑质心定位精度

针对激光模拟射击系统对激光光斑进行快速、高精度质心定位的要求,提出了一种基于视频序列图像的光斑检测与高精度质心定位方法。该方法首先利用帧间差分图像和噪声估计参数对射击突发事件进行检测;然后利用噪声估计方法确定光斑的分割阈值,结合形态学滤波对目标光斑和背景噪声进行有效分割,提取光斑区域,同时降低窗口内外噪声。最后,用4帧差分图像合成1帧高分辨率的图像来抑制图像噪声和计算误差的影响,实现光斑质心的高精度定位。实验结果表明,本文方法的光斑质心定位精度与稳定性均优于传统的方法;其中光斑质心定位精度达到了亚像素级别,稳定性度量平均值为0.000 49,优于传统方法的0.002 97。得到的结果显示,提出的方法有助于提升激光射击系统的性能。     

利用标记分水岭法实现夏克-哈特曼波前传感器质心探测

由于光斑质心探测精度直接影响夏克-哈特曼波前传感器的波前探测精度,本文提出基于标记分水岭法来确定阵列光斑质心探测窗口。首先,对采集到的夏克-哈特曼阵列光斑图像进行平滑并求出其梯度图像;然后,利用大津（OTSU）阈值法在求出的梯度图像上进行目标标记,最后在标记过的梯度图像上进行分水岭分割,确定出每个光斑的探测窗口。由于该方法确定的质心探测窗口是对光斑实际大小进行匹配,故有效地抑制了噪声对质心探测的影响。实验结果表明：利用该方法确定光斑探测窗口所计算的质心精确度和稳定性均比传统的在子透镜窗口中计算光斑质心的方法要高。统计多幅图像计算得到的窗口质心标准差的平均值为0.010 9,比传统法计算出的平均值0.073 4提高了6倍,满足哈特曼波前传感器对光斑质心计算稳定性和精确度的要求。     

基于CCD视频幅值调节器的目标精确定位方法

为了应用固定双阈值法进行边界检测并利用灰度重心法进行像元细分，以实现对点目标的精确定位，设计了线阵CCD 视频幅值调节器反馈控制系统。通过对光积分时间和程控增益2环节的定量数控调节，使光点图像目标的尖峰灰度幅值保持恒定，显著降低了对光源和光路的设计难度和成本。固定双阈值边界检测定位法和传统的二值化方法相比，不需要额外的二值化参考电平硬件电路，系统更加简单可靠，算法更优秀，可以实现小于1/10像元的细分效果，在工程应用上实现了对光点的精确定位。该2变量无级调光数控系统方案对多变量摄像调光系统的设计有重要的参考价值。     

逐点比较圆弧轨迹插补在过象限时用符号判别法的分析

逐点比较法传统的处理是采用查表法，查表法处理起来相当麻烦，该文用符号判别法对圆弧轨迹插补能自动过象限进行了证明与分析。从中得到符号判别法较查表法的优点。     

星点质心亚像元定位的高精度误差补偿法

在CCD星敏感器设计过程中,星点坐标的提取精度不仅影响星图识别的正确性,也直接影响星敏感器的最终姿态输出精度。本文通过分析传统质心法亚像元提取算法误差模型,证明该模型存在系统误差和随机误差。针对系统误差,提出了用最小二乘拟合法来估计质心位置和系统误差大小的对应关系,利用这个关系对系统误差进行补偿;针对随机误差,提出用边缘阈值法和星图整体相消法来消除。本文还分析了CCD成像数学模型,星光成像的能量分布近似服从二维高斯分布,星点高斯分布弥散半径不同,用于误差补偿的曲线方程也不一样,根据不同的高斯弥散半径,设计了误差补偿模板,用于补偿质心法的系统误差。实验表明,采用误差补偿模板,可以将质心法精度从1/20pixel提高到1/200pix-el,满足了星敏感器高精度星点质心提取的要求。     

Study and evaluation of fretting critical slip conditions by applying the design of experiments method

Tribological systems are complex systems that require a multi-disciplinary (mechanical, material, physico-chemical) approach where numerous influence factors can be involved. To characterize a contact couple, the intrinsic parameters of the materials as well as the parameters related to the contact loading and the surrounding environment need to be taken into account. Fretting analysis, by means of running condition-fretting maps (RCFM), allows the behavior of the contact couple to be taken into account and to predict the boundary between partial slip and gross slip conditions. This article presents the study of a steel/polycarbonate couple during fretting tests. The study was carried out by performing a complete factorial experiment. This method has the advantages of reducing the number of experimental trails and of obtaining the internal laws of dependence, which highlight the influence of the significant factors of the fretting process on the tribological behavior of the studied contact couple.     

LAMOST光纤定位单元检测装置

介绍LAMOST光纤定位单元定位精度检测装置的工作原理及结构。该装置利用“光重心法”检测光纤端部出射光斑的特征点以获得定位单元上光纤端部的位置 ,采用光栅和线阵CCD传感器实现二维图象扫描检测。     

基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法

针对现有转子动平衡方法处理非平稳数据的不足,提出了基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法。该方法根据转频信号频率变化函数构造匹配的旋转算子,将启车信号的时频特征进行旋转,准确提取出转频分量。通过添加试重,结合全息动平衡方法获得各个转速下的迁移矩阵,实现转子全工况的动平衡,避免了传统动平衡方法需要获取稳态数据的缺点。实验结果表明,该方法可以方便、快捷地确定出转子的失衡量和失衡方位,有效降低转子系统不平衡振动,同时减少平衡过程中的启车次数。