光速测量仪中的远程光光程测量方法的改进

通过对大学物理实验光速测量仪测量光速中的远程光光程测量方法的改进,得到影响测量精度的主要误差来源于远程光光程的测量误差,并进行了分析计算,提出了控制误差的方法和措施。     

利用高精度时间间隔测量技术实现光速测定方法的研究

为了实现实验室环境下测定光速，采用已知长度及折射率的单模零色散光纤作为传输介质，利用高精度时间间隔测量技术测量了光在该光纤中的传输延时。经过理论推导，求出光速c与作为传输介质的光纤长度L、折射率n及光纤延时τ之间的关系式，从而通过测量得到L，n及τ的值即可计算得到真空中的光速值。与传统的利用天文法及精密仪器测量光速的方法相比，采用比较先进的高精度时间间隔测量技术可使时间分辨率达到125ps，从而在实验室环境下，利用简单仪器得到了高精度的测量结果。最终测量所得光速为299928077m/s，误差为30860m/s。     

提高CG-V型光速测定仪精度的方法探究

利用CG-V型光速测定仪测量光速时,该仪器实验精度除了与频率和光程差的准确测量有关外,还由相位差的判断决定。由于仪器操作不当,产生了虚假的相移,造成误差的产生。本次实验通过对光速测定仪调节过程的细化,提出了可以提高CG-V型光速测定仪精度的调节方法——光斑定位法。     

锁定放大器在光速测量中的应用

结合声光调制原理和锁定放大器的工作原理,设计了基于调制法的测量光速实验.通过测量和计算得出光速为2.993×108 m/s和3.000×108 m/s,与光在空气中的速度值2.997×108 m/s相比,误差分别为0.13%和0.10%.此方法的优点是光速经过调制后,光的频率被调制为60～100 MHz,使得光波长调制为3～5 m,便于在实验室里进行光速测量.     

基础实验中光速和介质折射率测量方法的研究

采用一种新型光速测定仪测量光速和介质折射率,对测量方法进行了研究和改进,分析了测量误差的来源.在此基础上,采用精密数字相位计代替示波器测量相位,设计了新的测量方案,并采用最小二乘法进行线性拟合,从而提高了测量精度,其精度达到±0.1%.     

光速的测量史

 光速是指真空中电磁波的传播速度,它是物理学中最重要的常数之一。人们最初是通过测量可见光的传播速度测得它的数值的,目前国际公认值是Ｃ＝２９９７９２４５８米／秒。光速是人们最早测量的物理常数,对光速测量方法的进展,不仅标志着光速在准确度上的不断提高,还充分反映了近代物理及其实验方法的惊人发展。人们对光速的测量可以分为以下两个阶段。１．１６７６年～１９２９年的２５０多年在这一阶段,人们确定了光速的有限性,并对光速进行了初步测量。１７世纪以前,天文学家和物理学家认为光速为无限大,宇宙中恒星发的光是瞬间到达地球的。     

介绍一种新方法精确测定光速

介绍一种新型学生实验仪,进行光速精确测量,既有助于培养大学生的创新思维能力,又大大节省了设备费用和实验场地. 一引言 目前,在高校一般采用根据光拍频原理设计而成的光速测量仪进行光速测量,其价格较为昂贵,而且占用场地空间也较多.     

光导纤维中光速的实验测定

介绍了光导纤维中光速测定的基本原理。采用调制信号，应用门电路测量了两路输入信号的相差，计算出调制信号在光导纤维中的传输时间，从而得到光速。     

基于双光导纤维延时法测量光速

介绍了利用光波在已知长度差的两段不同长度的光导纤维中传输时间延时差测量光速的基本原理。时钟方波信号通过LED调制电路转变为光信号在一段光导纤维中传输,后经SPD再生电路重新转变为方波再生信号,将原始方波信号与再生方波信号同时输入示波器中测量延时τ1,采用相同的方法测量另一端光导纤维传输延时τ2,通过已知的长度差和延时计算出光导纤维中的光速VZ,最终计算出光速c。     

光速测量方法的改进

对CG-Ⅲ型光速测定仪的测量方法作了改进,通过实际测量的结果表明,该实验方法改进后,光速测量的精度有了很大提高.     

红外激光技术在运动物体位置跟踪系统中的应用

运动物体位置跟踪系统可用工作在红外波段的激光 ,测量“调制光波”往返于被测距离上相位差的方法来测定距离。利用 DSP鉴相技术 ,通过快速傅立叶变换软件可快速实时测量运动物体的距离及其运行速度。该系统能极其准确地显示运动物体的实际位置 ,实现对运动物体速度的数字化控制。     

四区域法消除偏振棱镜缺陷对波片相位延迟测量的影响

在起偏器-待测波片-检偏器系统基础卜提出一种四区域测量波片相位延迟量的方法.调整待测波片和检偏器的方位角,获得相应的四组光强值,通过线性运算得到待测波片的相位延迟量,完全消除了起偏器和检偏器不完全消光带来的误差.由于测量系统中不存在标准波片或其他相位调制元件,允许测量波长仅受偏振棱镜和探测器的限制,因此四区域法可适用于很大波长范围内的波片测量.以λ/4波片为例,理论分析了测量系统利用四区域测量法后的仪器误差为σφ≤士3.49065×10-3rad(约0.2°),精度比原算法提高约1个数量级.实验验证了四区域法能有效提高系统精度.     

Full field automated evaluation of the quarter wave plate retardation by phase stepping technique

Quarter wave plates are optical elements commonly used in photoelasticity to obtain circularly polarized light. They divide the incident light field into two linearly polarized orthogonal components with a phase difference of a quarter of the light wavelength. Due to the tolerance in manufacturing, however, the actual phase shifting produced by the plates is affected by an error, which noticeably influences the photoelastic measurements performed by means of various automated methods. This paper presents a technique, based on the phase stepping method, for the full field automatic evaluation of the quarter wave plate error.     

不同介质中超声波传播速度测量方法之比较

基于共振干涉法、相位法和反射回波法测量了空气和水中超声波的传播速度,比较了三种方法的优缺点,共振干涉法和相位法可测量气体和液体中的声速,反射回波法可测量液体和固体中的声速;相位法误差最小,共振干涉法误差相对较大。共振干涉法研究了示波器接收的交变电压随传播距离的变化规律,计算得空气和水中超声波的损耗系数分别为0.01381、0.01829,超声波在水中的损耗较大。使用Origin软件直线拟合,对实验结果进行分析和评价。     

非对称空间外差干涉仪相位探测和漂移校正

针对多普勒非对称空间外差干涉技术,提出一种目标信号相位自校正的方法.首先通过连续采样单色光的干涉图跟踪绝对相位漂移;然后分段线性拟合不同风速下的干涉相位,通过计算两条拟合曲线距离去除相位漂移.搭建风速模拟实验平台,获得采样干涉图,并对相位误差进行校正.结果表明,在60.37 m/s的模拟风速下,相位漂移误差达到30.78 m/s,通过相位校正风速反演误差降低至3.51 m/s,风速精度得到较大改善.最终通过几组不同风速下的反演值得到了平均2.97 m/s的风速测量精度.     

Beam and phase effects in angle-beam-through-transmission method of ultrasonic velocity measurement

The accuracy of a plane wave approximation for phase velocity measurements in isotropic and anisotropic material using the angle-beam-through-transmission method has been investigated numerically and experimentally. In this method the velocity is measured in different propagation directions as a function of incidence angle. The effect of two factors on the measurement accuracy have been discussed: intrinsic phase shift of the transmitted signal through a fluid-solid interface and beam diffraction due to the finite beam size of receiver and transmitter. It is shown that the interface-induced phase shift can introduce an error in time delay measurements of the shear wave after the first critical angle and that this time delay error can be accurately corrected for. Numerical results obtained by a time-domain beam model show that except at the critical angles, the finite width of the transmitter and receiver only affects the amplitudes of the transmitted signals and has almost no effect on the measured zero-cross time delay; therefore the plane wave approximation for obtaining phase velocity from the measured time delay data by this method and the plane wave interface-induced phase correction are fully applicable.     

采用分区法生成稀疏谱湍流相位屏

为了更好地研究光束在大气湍流中的传播特性，提出了基于稀疏谱模型的湍流相位屏模拟方法，对生成相位屏的灰度图、结构函数和光束漂移量进行了研究分析。首先采用数学方法分析光波的方向、大小和振幅，并由此得到稀疏谱相位屏；然后分别在不同相干半径下，与功率谱反演法生成的相位屏灰度图进行对比，并分析稀疏谱模型下的结构函数和光斑位置拟合度。仿真和实验测试结果表明，实验结构函数的平均误差为6.1%，该模拟方法下的相位屏细节信息更为丰富，大气湍流光斑质心的均方根误差为1.013×10?7 m，具有精度高、运行速度快、模拟周期长等优点，能够较好地模拟真实大气湍流。     

基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法

在现有的针对复杂物体表面形貌的三维测量方法中, 为了完成绝对相位的测量, 通常需要处理至少6幅条纹图像, 限制了测量速度。提出了采用2幅正弦条纹和2幅三角波条纹图来获得物体三维形貌的方法。利用两步相移正弦条纹和两步相移三角条纹得到截断相位, 再利用两步相移三角波条纹得到条纹级次, 减少了投影条纹幅数, 提高测量速度。在得到条纹级次时, 计算三角波条纹强度调制和强度对比度, 与计算相位相比, 可以减少数据处理的时间, 进一步提高测量速度, 同时能减小物体表面反射率的影响, 提高了测量精度。测量最大高度为39 mm的阶梯状标准块, 得到的最大绝对误差和最大的RMS误差分别为0.045 mm和0.041 mm。验证了该方法的有效性和实用性, 在高速实时的复杂形貌三维测量中有广泛的应用前景。     

Phase-shifting digital holography with burst imaging method

The application of a burst imaging method to digital holography (DH) with multiple image capturing is firstly demonstrated. Nobody has discussed this approach explicitly, although the burst imaging method is not so uncommon. The burst imaging method intermittently captures several images with a high repetition rate followed by a relatively long rest time. If the light wave from an object has a much smaller complex amplitude change in the frame interval of an image sensor than the precision of the DH system, the wave can be regarded as being in a static state. As a result, this solves a fatal problem in DH for an object that moves or deforms while capturing multiple interference images. In this research, the burst imaging method was applied to phase-shifting DH, and it is simply implemented by a high-speed image sensor and a continuous phase shifting which is good for high-speed phase shifting. The measurement error was analytically solved for the movement speed of an object. Finally, the proposed method was experimentally used to observe an evaporating droplet of ethanol on a glass substrate.

     

基于同心圆光栅的远心三维测量系统

针对条纹投影术对简化系统模型、降低运算量并有效抑制误差扩散等要求,提出并构造了一种基于同心圆光栅的广义远心三维测量系统。该系统利用菲涅尔透镜与投影仪产生平行光线建立线性投影模型,降低运算复杂度,利用傅里叶变换得到经物体高度调制的初始相位信息,同时结合同心圆光栅标定技术的并行运算,通过逐点计算获取真实相位。全过程只需对一个系统参数进行标定,并且摆脱解相过程,有效抑制了误差扩散。对最大高度20 mm的物体进行形貌测量,最大误差0.23 mm,相对误差仅为1.15%。