激光多普勒技术离面位移测量的研究

本文介绍了利用多普勒效应进行离面位移检测的技术,提出测量光路,利用光栅差拍实现多普勒信号的有效分离,具有信号强、信噪比高的特点。实验表明该方法能可靠地用于物体离面位移的测量。     

图象式位移传感器

本文开发一种用于空间自由曲面测量的图象式位移传感器,图象的变化与位移量成线性比例,数字环形滤波器有效地消除了激光散斑造成光环图象的辐射状结构给图象测量带来的影响,灰度加权平均和最小二乘法拟合实现了亚象素分辨力。该传感器的测量范围为4mm,分辨力为2μm,当目标面（漫反射面和金属等镜面反射面）倾斜角为±85°时,仍能保证20μm的测量精度。     

一种机械零部件热变形的实时在线测量方法研究

为了测量机械零部件在加工使用过程的中热变形,采用数字散斑技术通过测量离面位移来实现对零部件热变形的实时、在线测量,并在理论分析的基础上,通过实验验证,证实了该方法的可行性。     

远距离处固体面内位移测量的研究

为了利用激光多普勒效应实现远距离处固体面内位移测量，研究了激光多普勒差动方法和锁相放大、同态滤波等技术，设计出能获得大的多普勒信号强度的差动光路，高灵敏度、大Q值的锁相放大器和能重构丢失信号的同态滤波器等。实验结果证明将由它们所组成的系统用于50m处固体的面内位移测量，效果令人满意，其相对误差约1％。     

光纤微位移传感器及其牙齿咀嚼运动的测量研究

本文介绍一种根据测量被测物表面反射光的强弱而测量距离的光纤微位移传感器,此传感器被应用到牙齿咀嚼运动的研究中。文中给出了一组人体牙齿咀嚼状况下的实时位移的测量结果,第一次实现了牙齿的咀嚼过程的动态实时测量,并对测量误差作了分析。     

光栅横向位移遥测传感器的焦深分析

本文研制了基于光栅多普勒效应的横向位移遥测传感器,破测位移和光束方向垂直:成功地实现了2～50米的远距离光栅横向位移测量。针对不同的测量光路在理论和实验上提出并证明了系统焦深范围的计算公式。本系统分辨力为0.4μm。     

变焦距镜头象面位移的精密测量

长期来，如何准确测量变焦镜头的象面位移是照相镜头测量中的研究课题，本文阐明了用光学传递函数确定最佳象面来进行象面位移的自动测量，并对进口日本变焦镜头的具体测试作了评价。原来用万能光具座目视法测量象面位移时，数据测不准，影响了国产变焦镜头产品质量的提高，用光学传递函数确定最佳像面来进行自动测量，测量精度可达1μm，方法先进，数据可靠，具有下列优点：1．实现了计算机控制下按程序自动测量，减轻了测试人员负担。2．采用了光学传递函数自动确定最佳像面，原理先进，精度高，可靠性好。3．在测量过程中可实时显示，非常直观。     

离面位移激励下微视觉运动追踪精度劣化特性

为在微米级尺度量化表述离面位移激励值-聚焦面内微视觉运动追踪精度劣化值的映射特性,使用光学显微镜、工业相机和空间纳米定位平台进行实验研究。首先,分析离面位移的形成机理,使用方差函数评价图像清晰度,搜索最佳对焦平面并设定为聚焦平面,作为计算离面位移的基准。其次,设计空间多自由度纳米台,将其末端执行器作为微视觉追踪目标,生成聚焦平面内的运动轨迹,同时同步生成可控可测的离面位移。然后,选取灰度值模板匹配法与感兴趣区域划分法作为当前微视觉运动追踪算法,测量聚焦面内的运动轨迹。最后,加工纳米台样机,搭建微视觉运动追踪系统,使用电容传感器作为评价手段,计算不同离面位移引起的微视觉运动追踪精度劣化数值。实验结果表明,微视觉运动追踪精度随着离面位移的增大而不断劣化,具有显著且可量化的相关性。针对给定的76.1 μm×63.7 μm视场、15 Hz采样率与灰度值模板匹配法,(7.7±2.5)μm或更大的离面位移导致微视觉测量系统完全失效。     

树脂基复合材料内部离面位移场和应变场分布的动态测量

为了快速动态测量树脂基复合材料内部的受力变形情况,利用光学干涉谱域相位对照B扫描方法,对存在孔洞缺陷的树脂基复合材料样件内部的离面位移场和应变场进行了测量。分别对机械载荷和热载荷作用下的复合材料样件进行了弯曲变形和热变形实验,然后对实验中得到的相位差数据进行解卷绕,计算得出了材料内部的离面位移场分布和应变场分布。实验显示:得到的结果能够清晰反映复合材料内部缺陷周围受力变形的动态过程,观测到的材料应力集中区域的位移和应变明显大于完好部分,透视得到了测量材料表层以下1mm连续深度的变形情况。该方法能够实现亚微米级的位移场测量精度,并可对材料的变形过程进行动态测量,是一种进行材料力学特性分析的有效手段。     

变焦距镜头象面位移的精密测量

长期来，如何准确测量变焦镜头的象面位移是照相镜头测量中的研究课题，本文阐述了用光学传递函数确定最佳象面进行象面位移的自动测量，并对进口日本变焦镜头的具体测试作了评价。     

动载体光电平台角位移精密测量方法研究

提出了用位移传感器实时测量动载体光电平台六自由度位移的方法,并推导了该方法的理论公式,即通过坐标变换推导出了平台惯性坐标系、平台固连坐标系及传感器平面坐标系之间的关系,得到了传感器测试信号与平台位移量之间的关系式。通过传感器采集的实时位移值,计算出了平台六自由度位移,并分析了影响该方法测试精度的多个因素,得出了该方法可通过选用不同频带、不同精度的传感器,实现不同振动环境下隔振平台六自由度位移的动态精密测量的结论。理论分析表明,该测量方法简单有效,适用范围广,有较大的推广价值。     

PLZT陶瓷双压电晶体型光执行器件动特性研究

本文介绍一种新型光控系统，系统中应用ＰＬＺＴ陶瓷片作为光执行器件实现光机转换，将两片极化后的ＰＬＺＴ陶瓷片按极化方向相反粘贴，形成双压电晶体型光执行器件，根据光信号来控制ＰＬＺＴ陶瓷双晶片的机械变形，实现光控伺服系统     

干涉式光纤位移传感器

一种光纤位移传感器,光路方案选择合理,结构简单,抗干扰能力强,且采用低零漂,低噪声,高增益带宽的集成模块及微机处理,使位移测量的分辩率高达１０＾－１１ｍ以上,并能进行在线检测。     

光纤Bragg光栅传声器设计

在详细分析光纤Bragg光栅(FBG)振动传感原理的基础上,设计了基于悬臂梁结构的光纤光栅传声器.系统采用结构简单、解调速度快的线性斜边滤波解调方法,选用1 531 nm/1 551 nm的CWDM作为滤波器件,其边带斜率为13 dB/nm.分别进行了单频信号(300 Hz和4 kHz)测试实验及声音信号测试实验,表明该传声器具有良好的频率检测性能和较高的信噪比,可以无失真地传递人的声音.而且,该系统可以实现光源复用,降低系统成本.     

新型光子纳米射流器件的设计

光子纳米射流是一种高强度,极窄的亚波长电磁场区域,它是由介电微球或微柱体的Mie散射对电磁场的聚焦作用产生的。光子纳米射流广泛应用于激光加工、纳米光刻、光学高密度存储以及超分辨率显微镜。从径向偏振光的角度出发,使用一种介电圆环结构对光束进行聚焦,由于径向偏振光在焦点区域可以产生较强的纵向场,通过优化圆环的尺寸、折射率以及与物镜焦点的相对位置,可以得到超过90%光束质量的纵向光子纳米射流,而且强度相比于未使用圆环时可以提高约一个数量级,并在高折射率下可以获得半高全宽小于衍射极限尺寸的光斑,因此该结构预计可以在粒子加速、光镊以及拉曼光谱学中有所应用。     

纳米级位移分辨率双光栅系统的多普勒分析

使用多普勒理论分析了一种典型的具有纳米级位移分辨率的双光栅测量系统.在以往的文献中,只是简单的列出光栅系统的位移测量公式,对系统的工作原理分析避而不谈.文中首先给出了系统的光路结构,分析了光栅的衍射序列,然后对光束入射和出射光栅的多普勒效应进行了数学建模,得到了最终的位移测量值与光学莫尔条纹之间的关系.最后分析了参考光栅的作用,并给出了这种系统的特点.     

Design and analysis of multi-color confocal microscopy with a wavelength scanning detector

Spectral (or multi-color) microscopy has the ability to detect the fluorescent light of biological specimens with a broad range of wavelengths. Currently, the acousto-optic tunable filter (AOTF) is widely used in spectral microscopy as a substitute for a multiple-dichroic mirror to divide excitation and emission signals while maintaining sufficient light efficiency. In addition, systems which utilize an AOTF have a very fast switching speed and high resolution for wavelength selection. In this paper, confocal-spectral microscopy is proposed with a particular spectrometer design with a wavelength-scanning galvano-mirror. This enables the detection of broadband (480-700 nm) fluorescence signals by a single point detector (photomultiplier tube) instead of a CCD pixel array. For this purpose, a number of optical elements were applicably designed. A prism is used to amplify the dispersion angle, and the design of the relay optics matches the signals to the diameter of the wavelength-scanning galvano-mirror. Also, a birefringent material known as calcite is used to offset the displacement error at the image plane depending on the polarization states. The proposed multi-color confocal microscopy with the unique detection body has many advantages in comparison with commercial devices. In terms of the detection method, it can be easily applied to other imaging modalities.     

2m SiC反射镜柔性被动支撑系统

针对2 m SiC反射镜在地基望远镜中的应用,结合SiC反射镜热膨胀系数大、重量轻的特点,设计了柔性被动支撑系统。该系统底支撑whiffletree结构中的支撑杆采用柔性细杆,侧支撑杆采用柔性铰链结构,从而使底支撑系统和侧支撑系统分别起支撑作用,不但保证了主镜良好的位置误差和形状误差还很好地消除了装配应力和热应力。对在支撑系统作用下反射镜进行了静力学分析、热力学分析和模态分析,并通过面形检测和主镜倾斜与平移检测验证了分析结果。检测显示:反射镜面形(RMS)达到λ/40(光轴竖直)和λ/16(光轴水平),主镜指向不同俯仰角时最大倾斜变化量为8″,偏心为0.070 7mm,基本与分析结果吻合,达到了设计要求,表明这种柔性支撑系统具有很好的工程应用能力。     

环形腔全光纤F-P干涉仪的声发射检测实验研究

提出了一种新型结构的用于声发射检测的全光纤F-P干涉仪。选用2×2光纤耦合器,将耦合器的一个入射端与一个出射端焊接相连,以耦合器代替传统的反射腔面,构成光纤环形传输腔,腔体贴附或埋入待测固体中检测声发射信号。通过理论推导和计算机仿真,确定了此结构光纤传感器的检测特性。实验以大理石板作为待测介质,对利用信号发生器驱动PZT（压电陶瓷）作为已知超声源在大理石板中产生的连续型声发射信号,及冲击波作用下大理石板中产生的突发型声发射信号进行了检测,并利用Fourier变换,得到了声发射信号的特征频率。实验结果表明,此种结构传感器能够检测材料结构中促使光纤轴向伸缩长度的量级为10-8m的声发射信号并识别其特征频率,该结构光纤传感器无需光程的匹配,适用于大尺度构件的监测,为材料结构健康检测与监控提供了一种新的方法。