RIM型光纤传感器光强补偿方法的分析及实验研究

针对反向式强度调制（RIM）型传感器中光源功率波动对测量精度的影响问题,分析了采用分光镜和中孔光电池分光设置参考光路,和采用特殊设计的“Ⅱ”型结构的光纤束进行光强补偿的原理,比较了它们的优缺点。实验对比了采用分光镜人光和采用“Ⅱ”型结构光纤束分光的补偿效果。     

物距和光强变化对测量精度的影响研究及补偿北大核心CSCD

针对工件测量尺寸精度受到物距和光源强度影响的问题,开展了基于物距和光源强度反馈的测量精度补偿研究。提出一种基于系统像素当量标定值和光源强度像素数误差量串行耦合的综合补偿方法,首先根据物距变化动态调整系统像素当量标定值;然后通过不同光源强度下的标准件实测像素数,建立光源强度像素数误差量模型;最后对图像物理尺寸测量结果进行综合补偿实验。实验结果表明:综合补偿法能够有效提高尺寸测量的精度,使测量误差小于14μm。     

光纤传感器在涡轮轴向位移检测中的应用研究

以光纤传感原理为基础，采用一种强度补偿型反射式光纤位移传感器，借助光纤本身的优势，实现涡轮机轴向位移的实时监测。系统包括光源及其驱动电路、光纤传输通道、信号处理电路和信号输出系统。通过双路接收的方法消除因光源发光功率波动、光纤损耗变化以及环境干扰光等因素对测量结果的影响。采用稳压源驱动和温度补偿保证光源发光的稳定性，进行转速监测以补偿速度变化引起的误差。采用单片机完成被测信号的识别和处理，提高了测量的精度。     

采用双调制方式测量消光比参数

提出了一种采用磁光调制与光源调制技术高精度测量偏振棱镜消光比参数的方法并建立了相应的消光比测量系统。首先,根据偏振光的琼斯矩阵描述方式推导了系统的测量模型;采用磁光调制方式,实现了待测偏振棱镜晶体光轴与起偏器晶体光轴夹角的高精度定位。然后,采用光学斩波器对光源进行方波调制,消除了各种噪声对系统测量精度的影响,使得系统在待测偏振棱镜实现光轴精确定位后能够准确测量光强值。最后,对待测偏振棱镜进行了多次测量并求取平均值。实验结果显示,对偏振棱镜消光比参数的测量精度为10-6,验证了提出方法的有效性和稳定性。该系统精度高、稳定性好、容易实现工程化,对偏振器件的性能检验和实际应用具有指导意义。     

一种双活塞光纤流体差压传感器及其强度补偿性能

本文对一种双活塞光纤流体差压传感器系统及其强度补偿性能进行了研究,首先提出了一种双活塞式的光纤差压传感器探头,基于该探头结构,设计了该光纤差压传感器的检测系统,并对传感器的强度补偿原理进行了分析.最后,对传感器进行了强度补偿实验,得到了不同光源功率时未进行强度补偿的输出电压及强度补偿后传感器的输出值,结果表明:当光源功率发生变化时,光电探测器的输出电压会随之发生较大的变化,最大输出值比最小输出值增大67％左右.经过强度补偿后,传感器左右两检测腔的输出值在检测压力不变的情况下维持在一个定值,不会因为光源功率的波动而发生变化.研究表明,传感器具有较好的强度补偿效果,能够满足检测要求.     

一种简式分光光度计的软硬件模型

快速分光光度计有很高的科研和实用价值。为了获得理想的测量精度，现行的快速分光光度计大都采用复杂的双通道结构。然而，本文作者从理论上导出并通过实际系统验证了一种所谓的“复合光补偿式”双通过快速分光光度计的软硬件模型。把该模型用于实际分光光度计中，既可保证测量精度，又能使仪器硬件大为简化。实验表明，简化分光光度计的测量精度达到了０．８％以上。     

强度型光纤传感测试系统的稳定性研究

描述了一种光纤传感器输出特性测度系统，该系统通过调制和补偿技术大大改善了系统的稳定性，介绍了补偿的方法和调制的措施，并进行了定点测度和全程测试的实验。结果表明，采用的调制和补偿技术可大大减小光源强度变化和外界干扰光的影响，提高测试系统的稳定性。     

数字化白光扫描干涉仪的研究

研究并设计实现了微形貌测量白光扫描干涉仪系统和光纤偏振耦合点监测白光扫描干涉仪系统.前者采用Mirau相移干涉形式,用压电陶瓷传感器PZT作移项器,主要用于微形貌测量,精度可达nm量级.后者采用光路补偿白光Michelson干涉形式,用格兰棱镜对偏振态进行调整控制,用移动参考臂来补偿由于耦合点所造成的光程差,光纤寄生偏振耦合测试仪的空间分辨率达到50mm,测量范围达到1km,探测灵敏度不小于-80dB(耦合模式与主模式的功率比).     

实用型双气室气体传感器系统

基于气体的近红外吸收机理,研究了一种双气室光纤气体传感器。通过光纤光栅和压电陶瓷对宽带光源LED进行波长调制,获得与气体吸收峰对应的窄带反射出射光,检测二次谐波,实现气体浓度的较高灵敏度测量。利用测量气室和参考气室的二次谐波的比值来消除吸收系数随环境的变化、光源光功率的波动和光路干扰对测量精度的影响。利用该系统对CH_4气体进行了实验研究,实验表明该系统的测量灵敏度可以达到1×10~(-5)。     

光强自动补偿型光纤转角传感原理

本文采用了双路光纤接收方法，提出了一种可实现光强自动补偿的光纤转角传感器原理。从理论上分析了该传感装置的补偿机理，给出了特性调制函数。实验结果表明，该传感装置可有效地补偿光源强度的变化对测量结果的影响。     

基于偏振分束的磁光成像技术研究

针对现有磁光成像技术的测量结果难以量化且受光源波动影响较大的问题,提出了一种基于偏振分束的磁光成像新方法.根据偏振光的琼斯矢量描述方法推导出偏振分束法测量旋光角度的模型,并由此模型分析得出,从旋光物质出射的偏振光经偏振分束装置后输出的平行分量和垂直分量进行“差除和”的结果与入射光强无关,只和旋光角度值相关;由此原理,设计了基于CCD的检测平台,对旋光角度场进行了测量实验,又采用归一化互相关和“差除和”算法对测量图像进行了处理;最后,进行了基于该方法的磁光成像应用实验研究.实验结果表明,与传统磁场成像方法相比,该方法操作简单,结果易于量化,不受光强波动影响,误差降低约3倍,且稳定性较好.     

基于可调偏振度源验证偏振光谱强度调制系统

研制了一种结构简单、稳定性好的可见光波段可调偏振度光源,用来验证偏振光谱强度调制(PSIM)实验系统设计的正确性。该光源内部安装有两块K9玻璃组成的玻璃片堆,通过改变玻璃片堆的倾角来调整输出的部分偏振光的偏振度。理论推导了二者的关系,得到了可调偏振度源输出光的偏振度计算方法。根据PSIM系统的实现原理,搭建了验证PSIM性能的实验装置,对可调偏振度源输出的不同偏振度谱进行了测量。实验结果表明:在PSIM实验装置的有效工作波段范围内,可调偏振度源输出光的理论偏振度值与PSIM实验装置测得结果的误差在1%以内,验证了可调偏振度源及PSIM实验装置设计的正确性。该装置有望成为标准偏振光源,用于偏振光谱测量装置的精确标定。     

Modeling and verifying non-linearities in heterodyne displacement interferometry

The non-linearities in a heterodyne laser interferometer system occurring from the phase measurement system of the interferometer and from non-ideal polarization effects of the optics are modeled into one analytical expression which includes the initial polarization state of the laser source, the rotational alignment of the beam splitter along with different transmission coefficients for polarization states and the rotational misalignment of the receiving polarizer. The model is verified using a Babinet Soleil Compensator allowing a common path for both polarization states and thereby reducing the influence of the refractive index of air. The verification shows an agreement of the model with measurements with a standard deviation of 0.2 nm. With the use of the model it is confirmed that the mean of two polarizer receivers can reduce the effect of non-linearity. However, depending on the accuracy of the polarizer angles, a second-order non-linearity remains. Also the effect of rotational misalignment of the beam splitter can not be reduced in this way.     

多通道型偏振成像仪的偏振定标

为了解决多通道型偏振成像仪的偏振定标问题,提出了一种基于积分球无偏光源的偏振定标方法。通过研究偏振光束与光学器件的相互作用,推导出多通道型偏振成像仪的矢量辐射传输模型,确定了需要标定的参数。运用无偏光源标定系统的偏振效应,基于矢量辐射传输模型对中心视场绝对辐射定标系数、光学镜头起偏度和系统低频相对透过率等关键参数进行了标定,通过分析标定结果求解了系统全视场的穆勒矩阵。最后,使用可调偏振度光源验证了仪器典型视场的偏振定标精度。研究结果表明,基于无偏光源的偏振定标方法可以有效提高多通道型偏振成像仪的偏振定标效率;经偏振定标后仪器在目标偏振度低于20%时的偏振测量误差小于1%,满足大气气溶胶测量精度的要求。     

分光镜对外差激光干涉仪非线性的影响

外差干涉仪的非线性误差不仅由激光源的椭圆偏振态或者非正交线偏振态引起,也由非理想的光学器件引起,其中分光镜是一个重要的误差源。除了通常熟知的偏振漏光,还分析偏振分光镜中可能存在的另一个误差,即偏振分光的正交性,介绍这种误差和其他各种原因(包括激光源的椭圆偏振态或者非正交线偏振态)对外差干涉仪非线性误差的影响,给出检测和区分两类不同频率混叠误差的方法。通过试验证实,偏振分光镜的漏光误差对外差干涉仪非线性的影响通常是可以被忽略不计的。试验研究还发现,与传统的理论假设相反,非偏振分光镜比偏振分光镜对外差干涉仪的非线性误差有着更严重的影响。     

光纤隔离器隔离度偏振敏感性的实验研究

采用了 1 80°输入测量的新方法研究了光纤隔离器隔离度随着输入线偏振光偏振方向变化。并对其进行了详细的讨论与分析。研究的结果对于该类光纤隔离器的设计和测试具有一定的参考价值     

考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型

常用的偏振成像理论模型大多基于理想偏振片假设,即偏振片的消光比为无穷大且主方向已知,而实际偏振片的非理想性会对偏振成像系统的测量精度产生明显的影响,为降低这种影响,对考虑偏振片非理想性的偏振成像模型进行研究。以基于斯托克斯矢量的偏振成像模型为基础,通过分析实际偏振片对入射光偏振态的改变,提出了一种考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型,给出了考虑实际偏振片性能及主方向误差的偏振度、偏振角修正公式。利用分时偏振成像系统对线偏振光的偏振度进行测量,实验结果表明:当偏振片消光比为100:1时,理想模型的线偏振光偏振度测量的平均相对误差为5.53%,修正模型的偏振度测量的平均相对误差降低到3.62%。应用该修正模型可在使用低消光比偏振片时达到与高消光比偏振片相当的偏振度测量精度,使偏振成像系统能够拥有更大视场,成本降低。     

Wollaston棱镜偏振非正交对空间测角系统的影响

为了在一定平移范围内实现快速空间测角系统的测量功能,对一定入射及方位角的光束经过Wollaston棱镜后引起的两出射光束的偏振非正交及进而引起的系统测角误差进行了研究。首先,建立系统坐标系模型,采用光线追迹法,并利用坐标变化的方式,对任意入射角和方位角下Wollaston棱镜的偏振非正交进行了理论推导。接着,对偏振非正交与入射角的关系及它对系统测角精度的影响进行了Matlab仿真。仿真结果表明,随着偏振非正交及空间方位角的变大,系统测量误差变大,且Wollaston棱镜偏振非正交对系统测角精度的影响较大;当方位角为3°,偏振非正交为10′时,测角误差为30″。最后,通过分析偏振非正交的产生原因,改进了原有光源扩束系统,改善了偏振非正交对系统测角精度的影响,减小了测角误差。本文的研究成果对优化系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义。     

偏振导航传感器测角误差分析与补偿

借鉴沙漠蚂蚁等昆虫利用天空偏振模式进行导航的方法,设计了偏振传感器来获取导航系统的航向角。为提高偏振传感器的测角精度,研究了影响偏振传感器测角精度的误差因素与补偿方法。讨论了如何利用偏振传感器从天空偏振模式中提取偏振方位角信息的方法,分析了影响偏振测角精度的主要误差因素,建立了偏振传感器的测角误差模型。根据测角误差模型,推导了偏振方位角的解算方法,并利用最小二乘算法,通过估算模型的误差参数值间接补偿测角误差。最后,采用提出的误差补偿算法在晴朗天气下进行了实验测试。测试结果表明：误差补偿后测角精度得到明显提高,约为0.17°（3σ）。实验结果验证了提出的误差补偿算法可以实现对角度误差的有效补偿。