基于光栅检测的显微镜闭环扫描控制系统的设计

高精度扫描控制系统是现代扫描显微系统的重要组成部分，它影响着扫描显微镜对样品的扫描成像质量。提出了一种基于光栅检测的单片机闭环扫描控制系统的设计方案。该系统采用PC上位机发送指令，下位单片机控制扫描工作台的移动，光栅作为检测元件输出脉冲信号。单片机控制电路实现脉冲的计数并计算误差值，控制步进电机进行误差补偿。步进电机的硬件细分驱动，实现了步距2细分、4细分、8细分。实验结果表明该系统的重复定位精度达到0．005mm，满足扫描显微镜对扫描控制系统的要求。     

扫描相机标定脉冲信号位置的确定及噪声处理

 扫描相机标定数据处理中的一个关键问题是如何准确确定脉冲信号的位置，实验数据的信噪比和脉冲信号位置的定义方法都会对标定结果的准确性产生影响。采用了取半高宽的方法来确定扫描相机标定脉冲信号的位置，在信噪比比较高 （大于100） 的情况下，该方法确定标定信号的位置可以达到亚像素水平。对于信噪比比较低 (小于10) 的实验数据，先采用快速傅里叶变换方法对其进行滤波，通过滤波可以极大地抑制噪声信号的影响，然后采用“半高宽法”确定脉冲信号的位置，最后得出可信的标定结果。当扫描相机定在0.3 ns的扫描档时，通过该方法得到的扫描速度为0.214 ps/pixel,扫描不确定度为0.002 9 ps/pixel,拟合线性相关系数为0.999 7。     

原子力显微镜探针耦合变形下的微观扫描力研究

原子力显微镜(AFM)的微探针系统是典型的微机械构件，它在接触扫描过程处于耦合变形状态.采用数值模拟方法探究恒力模式下探针耦合变形对微观扫描力信号、微观形貌信号的影响.研究表明，AFM的恒力模式扫描中，法向扫描力并不是恒定大小，与轴向扫描力存在耦合作用，在粗糙峰峰值增加阶段，二力均增加；在粗糙峰峰值减小阶段，二力均减小；该耦合作用随形貌坡度、针尖长度等增加而加强.微观形貌的测试信号和横向扫描侧向力信号受探针耦合变形影响较小，但侧向力与形貌斜率密切相关，且其极值点与形貌极值点存在位置偏差，这些结果均与原子力 关键词： 原子力显微镜 探针悬臂梁 耦合变形 扫描力     

基于PC机的一种多功能声显微镜及可视化技术的研究

近来研制成功了一种基于ＰＣ机、我们称为“ＴＨＳＡＭＭ”型的多功能声显微镜。在ＰＣ机内插入采样率１ＧＳＰＳ的超高速Ａ／Ｄ卡和信号产生和接收卡,利用软件完成信号检测、处理、显示功能。仪器工作频率为１－１００ＭＨｚ;在检测样品时,同时多层显示Ａ、Ｂ、Ｃ扫描结果。根据声学理论、Ｍａｒｃｈｉｎｇ Ｃｕｂｅ等值面抽取方法和ＯｐｅｎＧＬ技术完成了三维数据的可视化处理,显示样品的内部三维结构。该系统已成功应用于多     

一种高精度图像采集系统的设计与特点

介绍了一种新型、高精度、实时伪彩色图像采集系统的原理、构成和特点。该系统采用１０ｂｉｔＡ／Ｄ转换器，使得高性能图像分析与处理成为可能。系统采样频率为１４．７５ＭＨｚ，对于标准ＰＡＬ制电视信号，可以保证采样后像素的横纵比为１∶１。由于采用最新ＥＰＬＤ编程技术，使得系统体积减小，可靠性显著提高。可输出标准ＰＡＬ制黑白全电视信号、ＲＧＢ分量彩色信号、Ｙ／Ｃ分量彩色信号及复合视频信号。该系统通过标准ＩＳＡ总线与计算机接口，帧存直接映射计算机内存地址空间，存取速度快。本系统特别适合于高精度的图像测量应用     

同步扫描—固体基质室温磷光法同时测定痕量对位三联苯和间位…

本文提出了一种新的测定间三联苯和对三联苯的同步扫描－ＳＳ－ＲＴＰ法。固体基质选用慢速定量滤纸，重原子盐为ＴＬ２ＳＯ４。以激发单色器和发射单色器的波长差Δλ＝１８０ｎｍ进行同步扫描，其同步特征峰间三联苯为４５０ｎｍ，对三联苯为４９０ｎｍ（均指发射波长）。间三联苯可直接由该特征峰的高度进行定量测定。对三联苯在４９０ｎｍ处的特征峰略受间三苯同步拖尾的影响，其峰值信号需加校正，间三联苯和对三联苯的线性范围     

共焦扫描荧光显微镜的信噪比与信息量

在研制用于对厚的生物样品进行光学断层成像的共焦扫描荧光显微镜时，由于成像信号十分微弱及存在很强的多次散射作用，因此杂散光的抑制非常重要，而信噪比、信号背景比就成为决定能否获得高对比度、高分率图像的关键。运用光学信息量的概念，在已有的光学成像系统信息量计算、共焦扫描荧光显微镜信噪比及传递函数计算的基础上，详细分析了共焦扫描荧光显微镜信息量与信噪比等之间的定量关系。该关系表明，为了充分利用共焦扫描荧光显微镜的成像性能，必须选择适当的探测小孔。所得的结果对于共焦扫描荧光显微成像系统的研制有重要的实用价值。     

Windows环境下的ICP-AES信息系统

在本实验室开发的ＭＳ－ＤＯＳ下的ＩＣＰ－ＡＥＳ分析信息系统的基础上,进一步发展了Ｗｉｎｄｏｗｓ下图形用户界面的ＩＣＰ－ＡＥＳ信息系统。该系统不仅包括了２８０００余条谱线的信息,还可作ＩＣＰ发射光谱模拟,因而对谱线选择有很大帮助。该系统还有可进行光谱峰位优化的卡尔曼滤波和因子分析的应用程序,并包括了大量的实际光谱扫描实例可供使用中参考,使该系统具有更强的实用性     

分布式反馈激光器动态扫描光纤布拉格光栅波长解调系统

通过对该系统采集到的法布里-珀罗(F-P)标准具透射谱和光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射谱进行寻峰算法以及拟合算法的研究,采用C语言编程和LabVIEW编程相结合的方式,实现了FBG波长信号的解调。其中,由于系统采集到的F-P透射谱和FBG反射谱线时域信号数据都由离散点构成,且在3dB带宽内均符合高斯曲线分布,采用高斯拟合对采集到的信号数据进行寻峰处理,提高系统精度;又由于分布式反馈(DFB)激光器的波长扫描存在着一定的非线性,采用二项式拟合对DFB激光器的波长扫描曲线进行拟合,以降低其非线性导致的误差。另外,设置一路标准FBG传感通道用于波长校准。实验研究表明该系统稳定性良好,波长测量范围为1 550.012~1 554.812nm,分辨力为1pm,精度为±10pm,验证了该系统可用于FBG波长信号检测的可行性。     

垂直扫描白光干涉信号的计算机快速模拟

提出一种垂直扫描白光干涉信号的计算机快速模拟方法。该方法考虑到白光光源光谱分布及垂直扫描干涉系统对白光干涉信号的影响,通过正弦函数多项式拟合的方式减少模拟算法的运算量,消除了现有方法中数值积分运算量大,不便于实际分析的缺点。采用白光LED作为光源,用该方法对白光干涉信号进行模拟分析,并用直接数值积分信号模拟结果与白光干涉垂直扫描测量装置获得的实测信号进行对比,验证了该方法的准确性。     

High-speed scanning fiber-optic heterodyne interferometer using a micro-electro-mechanical system mirror and an f-theta lens

This paper describes a novel fiber-coupled heterodyne interferometer using a micro-electro-mechanical system (MEMS) mirror and an f-theta lens. In this interferometer system, the cross-polarized laser beams operating at 2 μm with the frequency difference of 100 kHz are introduced by means of the two acousto-optic modulators (AOM). The sample with diameter of 300 mm is uniformly scanned by the 1 mm laser beam with the help of the combined optical scanning configuration, a MEMS mirror and an f-theta lens. The output intermediate signal from the two channels, reference channel and the measurement channel, are processed in the 12 bit analog-to-digital (A/D) process system. Details of our interferometer scheme are discussed.     

基于光纤马赫-曾德尔干涉仪的强度测量研究

根据光外差检测原理，分析得到干涉测量适用于信号光强小于参考光强的探测，直接测量适用于信号光强大于参考光强的探测的结论。利用自制的全光纤马赫-曾德尔干涉仪系统，对位移信号进行了测量。实验结果表明：当位移信号较小时，干涉测量的灵敏度分别为62．068μW／mm和9．90mV／mm，而非干涉测量的灵敏度分别为4．30μW／mm和0．35mV／mm；当位移信号较大时，干涉测量的灵敏度分别为2．643mV／mm和0．055mV／mm，非干涉测量的灵敏度分别为12．326mV／mm和4．194mV／mm，测量结果与分析得到的结论一致。对于光纤干涉仪强度调制检测的应用具有参考价值。     

基于复合干涉的光纤低相干干涉传感系统研究

研究一种能够进行远程及绝对测量的光纤低相干干涉传感系统。该系统包含两个光纤干涉仪,其中一个光纤干涉仪置于被测场中感应被测量的变化,可实现远程测量;另一个光纤干涉仪解调被测量的值。运用波分复用技术,使用于解调的光纤干涉仪同时工作于低相干干涉和高相干干涉状态。用低相干干涉信号决定被测量的幅值,对被测量实现绝对测量,并使测量量程不受波长限制;同时,用高相干干涉信号对被测量进行高精度的测量。系统的测量量程为6mm,测量分辨率小于1nm,位移实验结果的线性相关系数R为0.99。     

微型光学元件的透过波面畸变的数字化检测

介绍了由浙江大学研制的CQG II型车间数字干涉仪检测 φ3 6mm× 0 5mm平行平面玻璃的透过波面畸变的情况。最近研制出的干涉仪测量的最大口径为 φ60mm ,采用移相式条纹扫描数字化处理 ,基于WINDOWS操作系统实现实时检测 ,以优于λ/ 30的精度计算出被检件的波面误差。工厂生产检测表明 :在上述仪器上增加一个 4倍口径的放大系统 ,可以使通光口径 φ3 1mm的工件达到 42 0 0个采样点 ,仪器的透射测量标准干涉腔误差PV≤ 0 0 2 8λ ,仪器隔日多次测量重复性PV≤ 0 0 3λ。该仪器已经正常投入使用 ,生产的用于光学信息产品的微型光学件已为日本先锋公司 (PIONEER)复检通过 ,成为工厂批量生产过程质量控制 (QC)的重要手段。     

双平衡式相干接收原理及其在外差干涉仪中的应用研究

利用琼斯矩阵理论推导了光学双平衡式相干接收的原理,得到了具有正交相关性的包含全部光学信息的IQ信号,给出了基于IQ正交信号解调待测光信号信息的信号处理算法.基于该原理设计了一种高速微机电系统扫描式激光外差干涉仪,得到了待测玻璃的厚度信息分布图.该干涉仪的波前相位差提取准确度可高达0.01 rad、测量速度可达40 frame/s、最大测量直径可达到300 mm,在实时光学检测方面有广阔的应用价值.     

Investigation of glass panels thickness profile by all-fiber digital heterodyne interferometry

All-fiber digital heterodyne interferometry is a laser metrology technique employing pseudo-random codes phase modulated onto an optical carrier signal. In this heterodyne interferometer system, the optical signal includes signal reflected and transmitted from the sample, respectively. Compared with the conventional heterodyne interferometry, this enhanced optical system has much higher measurement sensitivity, and can distinguish the signal which reflected from the front and the rear surface of the sample. Analysis and simulation for the digital heterodyne interferometry are presented. It takes approximately 4 s to scan the whole surface with the diameter of 300 mm. The thickness profile of the sample is obtained in the experiment. The discussion about the experiment is given finally.     

双平衡式相干接收原理及其在外差干涉仪中的应用研究

利用琼斯矩阵理论推导了光学双平衡式相干接收的原理,得到了具有正交相关性的包含全部光学信息的IQ信号,给出了基于IQ正交信号解调待测光信号信息的信号处理算法.基于该原理设计了一种高速微机电系统扫描式激光外差干涉仪,得到了待测玻璃的厚度信息分布图.该干涉仪的波前相位差提取准确度可高达0.01 rad、测量速度可达40 frame/s、最大测量直径可达到300mm,在实时光学检测方面有广阔的应用价值.     

全光纤低相干光纤位移传感技术

提出并演示了一种由两光纤构成的杨氏干涉解调系统的全光纤低相干光纤位移传感器系统。该技术从根本上避免了光源频率、光强的波动，及光在传输过程中由系统带来的损耗、光的偏振方向的改变引起的信号衰落问题。其结构简单，易于调整，测量分辨率可达０．０５４ｍｍ。     

四路激光跟踪干涉三维坐标测量系统

介绍了基于多边法原理的四路激光跟踪干涉三维坐标测量系统 ,包括系统的工作原理、冗余特性、激光跟踪干涉仪、新型目标靶镜、系统的布局及实验结果等 ,并进一步指出下一步的工作。实验表明 ,在距跟踪干涉仪80 0mm远处 70 0mm× 6 0 0mm平面范围内 ,系统三维坐标测量不确定度为 0 .0 6 2 0mm。     

激光干涉测速技术在内弹道弹丸速度测量中的应用研究

 利用任意反射面激光干涉测速（VISAR）系统以及全光纤位移干涉仪（FDI）,测量了线膛炮弹丸速度,获得了线膛炮弹丸在0~491 μs内从零加速到140 m/s的速度历史,弹丸运动了20.7 mm,出炮口时的弹丸速度为817 m/s。实验结果表明,影响激光干涉测速技术在内弹道测量中应用的主要因素是炮口烟。研究结果对于深入探索激光干涉测速技术在内弹道测量中的应用有重要的参考意义。