基于小波分析的激光扫描回波信号处理

基于直接探测技术,建立了一套实验系统.试验采用激光直接探测方式,振镜在X、Y方向分别以不同的频率振动,当激光经过振镜反射后,就以X、Y方向对物体表面进行二维扫描,使用光电二极管(PIN)来探测从目标返回的能量,探测的信号经过滤波器后,按照摆动频率分开,根据反射回来的激光能量的变化,进而判断扫描物体的边缘轮廓.利用小波变换检测回波信号,可以确定回波信号的奇异点,进而确定被探测目标的边缘.     

大型硅晶片平面度精密纳米计量技术

描述了一种基于斜率传感器的大型硅晶片平面度扫描测量系统．采用二维斜率传感器对晶片表面扫描，以获得表面绕X和Y轴的倾斜度．斜率传感器装在X向滑板上，而晶片固定在可绕Z轴转动的主轴上．对斜率传感器Y向的输出积分，得到晶片表面各个同心圆上轮廓截面高度．对斜率传感器X向的输出积分，得到晶片表面沿X向的截面轮廓，从而获得各同心圆轮廓之间的关系．构建了一个包括基于自准直原理的小型斜率传感器、气浮主轴、气浮导轨的实验系统，提出一种斜率传感器现场标定方法，用此系统测量了直径300mm的硅晶片平面度。     

新型光机结合的二维共焦生物芯片扫描仪设计

提出一种新颖的共焦生物芯片扫描仪的二维扫描技术,即保持传统的采用直线驱动器和直 线导轨实现Y向扫描下,另采用振镜和大数值孔径的远心线性成像物镜实现X向扫描。实验结果表明,此装置减少了传统仪器的振动噪声,具有运转平稳的特点,并在保证10μm的扫描分辨力下,扫描时间<5min,显著提高扫描效率。     

机器人-三维扫描系统联合扫描及其工业应用

一种由便携式三维激光扫描仪和六自由度工业机器人组成的机器人-三维扫描系统可以多角度多方位的获取物体表面的三维信息.针对激光扫描系统和机器人的两种不同组合方式,提出了一种新的确定机器人和激光扫描系统位姿关系的标定方法.该方法使用半径已知的球体作为参照工具,利用扫描系统投射出的线激光与球体的相交线拟合圆来恢复球心以及扫描整个球面拟合球心分别标定了扫描仪与机器人的旋转和平移关系,从而使机器人能够与扫描仪一起完成扫描任务.同时,将该机器人-三维扫描系统应用于工业加工中,可以实现在线测量、加工一体化.使用此系统成功地进行了吉他扫描,并利用得到的扫描数据对吉他进行了精确的边缘加工.实验结果证明,该机器人-三维扫描系统具有测量精度高及稳定性好的特点.     

一种激光引信成像探测新方法

提出了激光引信环视扫描成像探测新方法,其原理是探测目标表面反射回波,是主动探测方式。该方法成像独特,利用弹目交会过程中的周向扫描和相对高速运动,使目标各部位依次进入和退出探测视场来完成对目标各部位成像探测。通过目标回波功率和图像边缘弱化的计算,获得目标二维形体图像。以后对图像进行处理,识别出目标易损部位并输出弹目交会信息作为引爆控制信号,对战斗部实施定向起爆控制,以精确打击目标。仿真结果表明,该成像探测方法及所建仿真模型是正确有效的。     

振镜式激光扫描误差分析及几何校正算法

针对如何提高振镜式激光扫描的扫描精度,特别是当扫描区域较大时的精度问题,文中展开了对振镜式激光扫描时图形畸变原因的分析,并对每一种误差产生的原因提出了校正补偿的办法.综合各种误差补偿办法,建立了一个基于平面坐标变换几何校正算法原理的图形畸变校正模型.此模型校正算法采用VC 6.0编程,应用于快速成形粉末烧结系统,结合激光扫描边长为300cm正方形时的试验数据和畸变特性,对畸变关系式作了进一步的改进.由于此公式反映的是理想点和畸变点的地址映射关系,所以,当激光扫描时,X方向和Y方向上的扫描数据经过此校正模型后都会动态的发生变化,从而保证激光的扫描精度.     

异形热态锻件几何尺寸测量方法的研究

提出一种异形热态锻件几何尺寸测量方法。基于线激光器、CCD和伺服系统构建线激光扫描测量系统,通过提取图像上被锻件表面轮廓调制的激光条纹二维信息,经过坐标变换及点云三维重构得到锻件三维尺寸信息。针对被测异形锻件形貌特征,建立基于摄像机运动的扫描测量模型,并提出一种基于棋盘参考平面的摄像机光心轨迹求解方法。根据平面上特征点在CCD图像不同帧中的坐标拟合摄像机的运动轨迹,结合扫描测量模型实现对异形锻件完整轮廓尺寸的测量。通过实验对封头进行扫描测量,得到球冠部分截面测量直径误差小于4 mm,满足热态锻件测量要求,验证了该方法的可行性。     

流式细胞仪中压电扫描振镜的设计

针对流式细胞成像的应用需求,设计了一维压电扫描振镜并进行了性能测试.该振镜利用微铰链梁将压电片的伸缩振动转化为反射面的旋转振动.首先,通过有限元仿真对压电振镜进行结构建模和性能分析,得到了振镜的工作模态以及扫描频率和最大扫描角度随结构尺寸的变化关系.接着,制备了由压电片和硅片基底组成的振镜样机.最后,利用角度测量系统对振镜的扫描特性和频响特性进行了测试.实验结果表明:2 mm×2 mm的反射面在12Vpp的电压驱动下可在谐振频率10.034 k Hz处产生14°的扫描角度,在5.2Vpp的电压驱动21.26 k Hz的高频谐振下,仍可以产生3.35°的扫描角度.振镜样机Q值达865,扫描角度与驱动电压幅值呈线性关系.该振镜具有较大的镜面尺寸和较高的扫描频率,可满足流式细胞扫描成像快速和高分辨率的应用需求.     

超声波峰谷拟合方法及平面叶栅通道二维流速测量

为准确获取复杂二维流场中超声传播的时差信息，研究了超声波峰和波谷幅值多项式拟合确定回波特征点的信号处理方法，应用于一维和二维流速测量。研制了多通道超声测速装置，在0～40 m/s流速范围内采集一维流动超声信号，使用峰谷拟合法获得流速，其与毕托管流速测量结果的最大相对误差较波峰拟合法减小了0.72%。提出了以对角换能器时差计算二维流速的方法，开展了平面叶栅流道内二维流速测量实验。在多工况下测量的流速与三孔探针的实验结果相对误差均小于3.16%,较好地反映不同进口流速条件下由流道截面变化和叶片弯曲引起的测点处流速大小和方向变化趋势。     

二维傅里叶变换法三维曲面检测

对投影光栅方法获得的位相调制空间载波图进行二维数字图象处理,实现了散射物体的三维曲面测量,利用二维快速傅里嚅变换将空域信号转变为频域信号,对一级频谱进行傅里叶反变换,逐步解调出其位相值,重建了被测物体表面的形貌。文中给出了对人体模型的实验测量结果。     

大视场激光探测与告警技术

利用四路红外非制冷焦平面探测器、大视场光学系统、窄带滤光片和信号处理系统,构成了凝视成像激光探测与告警系统。光学系统采用三片式结构的广角镜头来实现大视场;使用先进的非球面光学设计技术,并以FPGA完成探测器响应信号的非均匀校正,以改善像质;通过光学系统的畸变校正,提高激光的探测方向精度;利用激光和背景强度之间的反差,通过激光目标检测算法进行告警。实验表明,该系统能在127视场范围内对波长为1.315靘, 2.7靘, 3.8靘, 10.6靘的4种激光进行告警,探测功率密度范围为0.05 ~50mW/cm2,探测方向精度可达1。     

一种新型的激光远场光斑直接测量技术

激光远场光斑测量对描述激光束的远场性能,评价激光器以及系统的实际工作性能具有重要意义。通过比较激光光斑远场直接测量与间接测量的优缺点,提出使用单片机控制的探测器阵列进行远场光斑直接测量。分析了数据传输、光电转换单元等关键技术,给出了主要程序的框图。该系统采用由上位计算机、主单片机和下位单片机构成的分布式结构,能够测量激光光斑大小、形状、总能量、能量分布等参数,可适用于单脉冲至几百赫兹、中高能量以下的激光器,并且测量精度高。     

程控一体化集成激光器的设计

以激光制导武器半实物仿真系统为背景,对激光目标模拟器进行了分析研究,设计了一套实时性好、精度高的激光目标模拟器.对该激光器的组成及设计方案进行了论述,并重点对其中的实时能量衰减系统和可控扩束系统进行了研究和设计.仿真试验结果表明,该激光器能实时模拟激光光斑能量及大小的变化,满足了激光制导武器半实物仿真的需求.     

利用CCD实现“猫眼”目标探测的实验研究

利用CCD作为探测接收装置的激光主动探测系统,其突出优势是可以获得直观的猫眼目标视觉效果。通过猫眼目标与漫反射目标的回波功率比模型,讨论了激光主动探测的猫眼效应原理。对基于CCD的激光主动探测系统的关键硬件组成以及系统工作波长的匹配问题进行了分析,在外场300m及2500m距离上进行了典型猫眼目标的探测实验。实验结果表明,在一定探测距离上,该激光主动探测系统可将典型猫眼目标从背景中清晰检出,从而验证了该激光主动探测系统的有效性。     

激光通道传输热效应仿真

采用数值计算方法分析了高能激光在光束控制器内部传输所产生的热效应及其对激光远场光斑的影响。结果表明,对于较高激光能量,光速控制传输通道中的激光热效应不容忽视,它会明显影响光束控制系统的发射性能,降低远场目标处的激光能量集中度,并使光斑产生较严重的畸变。     

一种新型非接触位姿检测系统研究

提出一种基于位置敏感探测器(简称PSD)多光束同步检测技术的位姿检测新方法,采用两个二维PSD从不同角度同时测量出目标物体上多个特征点的二维坐标,然后通过坐标变换计算得到各点的三维空间坐标;根据位姿变化前后的各点空间坐标,采用比较简单的算法计算出目标物体的位姿参数.通过算例验证该方法是可行的;由初步的实验获得目标物体的位姿参数,最大平移误差为1.0574mm,最大旋转误差为0.2851rad,需要通过多种途径进一步提高系统的检测精度.     

激光辐照丙酮溶液中固体靶制备纳米碳粉

用激光液相法制备出纳米碳粉．脉冲激光辐射靶材表面生成碳的高能等离子体团，等离子体团与丙酮溶液中的液相体系发生能量交换形成了纳米碳颗粒．用团簇成核的经典理论分析了形成纳米碳颗粒的机理，制备出的纳米碳粉大部分呈球状，少部分呈枝状形貌，为非晶或多晶态组织结构，粒径分布为20--80nm；纳米碳的颗粒大小和微观结构主要与反应温度和激光工艺参数有关．     

Present states and future prospect of fast ignition realization experiment (FIREX) with Gekko and LFEX Lasers at ILE

The fast ignition realization experiment (FIREX) project is progressing. The new short pulse laser system, LFEX laser, has been completely assembled and one of the four beamlets is now in operation. A fast-ignition experiment was performed using this single short pulse combined with the Gekko XII implosion laser. The energy of the GXII implosion laser was about 2 kJ and the pulse width was 1.5 ns. The energy of the LFEX laser was increased upto 800 J and two pulse durations 5 and 1.6 ps were compared. Targets were deuterated plastic shells with gold cones. It was found that the neutron yield was increased by a factor of 30 as a result of the fast electron-induced heating in LFEX 1.6 ps shot. The estimated coupling efficiency between the LFEX laser pulse and the compressed fuel was low (less than 5%). This may be due to pre-plasma formed by light arriving at the target before the main laser pulse. Further investigations and attempts to overcome these problems are now in progress.     

一种无衍射激光图像亚像素边缘检测方法

为进一步提高无衍射激光图像的定中精度,提出了一种亮环亚像素级边缘点检测方法.首先,采用局域亮度最大方法,提取亮环像素级屋脊边缘点;然后,利用线性插值算法对每一像素级边缘点进行亚像素处理进而获得亚像素边缘点;最后,用最小二乘方法,将亚像素边缘点拟合定中.分别对距离光源40 m、50 m、60 m处,各连续拍摄的50幅图像(图像分辨率为640×480,光靶分辨率为0.057 2 mm/pixel)进行了处理,各位置处的亚像素级边缘点x方向定中标准差分别为0.021 4 nm、0.037 2 mm和0.042 3mm,y方向定中标准差分别为0.022 8 mm、0.035 1 mm和0.043 7 mm,明显优于像素级边缘点,实验结果表明,该方法切实可行.