基于迈克尔逊干涉的傅里叶变换散斑形貌测量技术

提出了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的方法。采用典型的迈克尔逊干涉光路,将物体偏转一微小角度（等效为物面与参考面间形成空气楔）产生等厚干涉,可在物体的表面引入包含物体高度信息的载波干涉条纹。用CCD采集该载波条纹图,利用傅里叶变换法可解调出物体高度的位相信息,从而实现物体的形貌测量。介绍了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的原理,并进行了实物测量,给出了实验结果。由于该方法采用散斑干涉方法测量物体形貌,所以具有灵敏度高的优点。     

空气放电非平衡等离子体的模拟计算

 基于空气放电非平衡等离子体动力学,对空气放电进行了数值计算,分析了放电后等离子体中的主要粒子（N₂(v6),N₂(A3),O₂(a1),O和O₃）数密度随起始温度、电子数密度和约化场强的变化趋势。计算结果表明,随着初始温度的升高,空气放电产生的粒子数密度增加。温度为300 K时,放电产生的O原子数密度最大值约为4.90×⁷ cm^-3,而当温度升高到400 K和500 K时,O原子数密度的最大值则相应地增加到5.2×10¹⁰ cm^-3和5.51×10¹⁰ cm^-3。约化场强的影响与温度类似,其中氮气的振动激发态N₂(v6)数密度随约化场强的变化幅度不明显。电子数密度增加,粒子数密度大幅增加,氮分子的激发态N₂(A3)粒子数密度与电子数密度保持严格的线性关系。     

硫化钴的激光诱导荧光光谱：一个来自基态的新激发态

采用激光诱导荧光技术在22400～24400 cm^-1研究了超声射流冷却下的硫化钴光谱,获得了一个包含六个振动带的电子跃迁序列,该电子跃迁序列为：[24.00]⁴△_7/2-X⁴△_7/2．新的电子态的电子组态很可能是core[10σ²][4π³][11σ²][1δ³][5π³],该电子态的所有的振动谱带都受到了其他电子态的严重微扰,通过转动分析得到了这些谱带的转动常数,同时也测量了这些谱带的寿命     

[Au25(SR)18]-团簇的相干振动动力学研究

利用飞秒时间分辨光谱,可观测叠加在电子态动力学上的相干振动动力学. 从金团簇的相干振动中,不仅能提取电子与振动的耦合信息,也能得到力学性质和电子结构,进而有望实现微小质量探测等应用. 本文利用飞秒时间分辨的瞬态吸收探测了[Au₂₅(SR)₁₈]^-团簇的相干振动动力学,通过对相干振动的频率、相位、波长分布的详细分析进一步揭示了其来源. 在[Au₂₅(SR)₁₈]^-团簇的飞秒瞬态吸收动力学中可以观测到频率为40 cm^-1和80 cm^-1的两种振动,均来源于团簇中心Au₁₃核的振动. 通过对相干振动的相位分析发现频率为80 cm^-1的振动来自于对电子态之间吸收频率的调制,而频率为40 cm^-1的振动来源于对电子态之间吸收强度的调制. 同时,研究发现[Au₂₅(SR)₁₈]^-团簇相干振动的频率对其表面配体不敏感,该振动是来源于Au₁₃核的本征性质.     

一种新的数字散斑振动定量分析系统

在数字散斑干涉(DSPI)测量方法中，数字散斑时间平均法测量振动时得到的是贝塞尔条纹，其定量分析比较困难。该文采用贝塞尔条纹准相移技术进行数字散斑振动定量分析，即在参考光路中引入和物体同频率的偏置参考振动,当参考振动的相位改变时,振动条纹会产生移动,这相当于静态余弦条纹的相移,可以采用相移算法对数字散斑振动测量的贝塞尔条纹进行定量分析。文中开发了一种新的数字散斑振动定量分析系统，研制了一种低压光学相移器和测量控制电路，给出了圆周固定圆片和四周固定方铜板的振动测量结果。实验结果表明：采用本系统可以方便地定量测出物体的振动模态。     

基于电子散斑干涉与数字剪切散斑干涉法的悬臂薄板振动分析

基于激光光路的光波随机相位扰动,分析了电子散斑干涉实时图像相减时模态条纹图的形成机理,提出了一种振幅涨落测量法。搭建了用于离面振动分析的电子散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量系统,并对完整和含狭缝的悬臂铝板的振动特性进行了实验研究。实验结果表明,实时图像相减模式获得的模态条纹图对比度明显优于其他方法,得到的前10阶模态条纹图与有限元法计算结果具有良好的一致性。相比于电子散斑干涉法,数字剪切散斑干涉法对试样局部的刚度变化和缺陷更敏感。     

电子通量对ZnO/K2SiO3热控涂层光学性能的影响

 研究了电子通量对ZnO/K₂SiO₃热控涂层光学性能的影响。分别采用通量为5×10¹¹/cm²·s，8×10¹¹/cm²·s，1×10¹²/cm²·s 和5×10¹²/cm²·s的电子对试样进行辐照。电子辐照下涂层的光学性能发生了退化，并且发现了退化涂层在空气中的“漂白”现象。分析了ZnO/K₂SiO₃热控涂层光学性能的退化机制，同时讨论了电子通量对太阳光谱吸收系数的影响。实验结果发现，在5×10¹¹～1×10¹²/cm²·s的电子通量范围内，电子通量对ZnO/K₂SiO³热控涂层光学性能的影响相同。因此在这个电子通量范围内，采用加速地面试验来模拟空间的电子辐照效应是有效的。     

双目视觉DIC测量系统的离面位移测量精度

采用离面位移测量精度达到10 nm~20 nm的电子散斑干涉测量系统验证了双目视觉数字散斑相关测量系统的离面位移测量精度。分别用电子散斑干涉测量系统和双目视觉数字散斑相关测量系统同时测量了平板离面位移,并对所测量的位移最大值进行了分析处理及比较。结果表明,双目视觉数字散斑相关测量系统的物体离面位移分布云图与电子散斑干涉测量系统的结果基本相同,且两者位移均方根相差为2.76 m~3.56 m,相对误差为4.59%~7.60%。因此,当被测量物体的离面位移大于4 m时,双目视觉Q400测量系统精度可达到电子散斑干涉测量系统的精度。     

电子散斑测振技术进展

综述了电子散斑在振动测量中的发展和应用,对电子散斑测振的各种方法进行评价。     

37Ar测量系统的研制与能谱测量方法研究

建立了移动式³⁷Ar测量系统.采用1 L的正比计数探测器和能谱分析方法对³⁷Ar的测量进行了研究.分析了计数管的坪长、坪斜和本底等特点.结果表明,相比传统的计数方法,采用电子能谱法测量³⁷Ar具有直观、坪长长、坪斜小等优点.相比传统的总计数方法,采用峰本底的方法可以将本底降低约一个量级,从而降低³⁷Ar的探测下限.并研究了工作气体中不同甲烷含量对³⁷Ar的测量能谱和计数管工作电压的影响,结果表明,     

Non-incremental interferometric displacement measurement using a laser Doppler sensor with phase coding

The inspection of fast rotating objects with rough surfaces is an important task in the emerging field of process control. However, this is challenging since fast and non-contact inspection techniques with a measurement uncertainty in the nanometer range are often required. We present a novel optical sensor allowing non-incremental interferometric displacement measurement of moving solid state objects with rough surfaces. It features three wavelength coded interference fringe systems which are superposed slightly tilted. The displacement is determined by evaluating the phase shift between the resulting scattered light signals. Experimentally, a measurement uncertainty of 660 nm was obtained. This displacement uncertainty is independent of the lateral object velocity in principle. Due to this unique feature, the sensor can be utilized advantageously for precise displacement and vibration measurements of high speed objects as demonstrated by vibration measurements at a turbo pump shaft rotating with 48 000 rpm.     

全光纤激光多普勒测振仪空气耦合振动检测

采用外差探测方式, 建立了全光纤结构的激光多普勒测振仪,用来测量经空气传播耦合引起的散射体振动,以期感知振源振动信息。实验探索了散射体材料、固定方式和相对振源位置等对空气耦合振动的影响,得到了200~2700 Hz频率范围内6种散射体振动响应特性曲线。结果表明:通过空气耦合引起的散射体振动,在相同振源振幅下,散射体振动的振幅一般随频率升高而升高; 在材料、固定方式和相对振源位置等因素中,散射体材料对振动响应特性的影响是主要的,后两者只影响局部细节。     

Effective suppression of pneumatic vibration isolators by using input-output linearization and time delay control

This paper presents a new state space representation of pneumatic vibration isolators (PVIs) and a design of a robust control, Time Delay Control (TDC), based on it. The new state space model, derived by using the input-output linearization method, is of the phase variable form with the air mass-flow as the control input. This model offers a framework that enables simultaneous suppression of both seismic vibration and direct disturbance (or payload disturbance) with an accelerometer only. Based on this model, TDC is designed and verified with experiments on a single chamber PVI with an accelerometer only. In the experiment, the PVI with TDC successfully suppresses seismic vibration and direct disturbance, both individually and simultaneously. Faced with seismic vibration, the transmissibility of the PVI with TDC has virtually no resonance peak at low frequency; under direct disturbance, the former achieves a 68 percent reduction in settling time of the latter. The final analysis of experimental result shows that TDC effectively estimates the modeling error along with other uncertainties and cancels them, while achieving desired closed-loop dynamics.     

基于激光移频回馈技术远距离振动测量研究

远距离微弱振动信号探测在机械制造、国防军事等领域具有重要意义。针对远距离非合作目标振动测量不足的问题，基于固体微片激光器移频回馈技术，构建远距离振动测量系统，进一步分析系统灵敏度指标，包括工作距离、入射角度以及非配合物体等参数。实验得到:系统对100 m外目标微弱振动信号高质量采集，以硬纸盒作为测量目标时，频率测量误差小于0.1%，在±60°入射角下信噪比仍接近20 dB。此外支持对奶粉袋、泡沫等多种非合作目标振动测量。系统可灵活用于机械振动测量和远程监视等领域，具有较大工程应用推广价值。     

水中物体的光学三维形貌测量的研究

提出了一种对水中物体进行光学投影式表面三维形貌测量的新方法。通常的测量方法都是假设摄像机和被测物体都处于空气中,测量水中物体时,由于光在空气、水分界面上发生折射,投射到被测表面的光条纹图像发生扭曲,从而给三角测量法带来误差。新方法可以精确测量出水中被测物表面的三维坐标并计算出物体的几何尺寸,实验验证了该方法的有效性。考虑折射后,该测量类似于在空气环境中的测量。采用的极线约束及亚像素技术,提高了测量精度和速度。     

双边缘测风激光雷达法布里-珀罗鉴频器控制方法

 提出一种双边缘测风激光雷达法布里-珀罗(F-P)干涉仪鉴频器的非线性比例-积分-微分(PID)控制方法。该方法利用发射激光在鉴频器校正通道的透过率作反馈进行F-P干涉仪鉴频器的稳定控制。首先给出F-P干涉仪鉴频器透过率的控制模型,由气压波动、温度变化和振动等引起的外界扰动被等效为施加在致动压电陶瓷上的扰动外力。为了进行扰动补偿,用新增的反正切函数设计了非线性PID控制器,提高了经典PID控制方法的反馈增益。仿真结果显示,与经典的PID控制相比,新的非线性控制方法可以使F-P干涉仪鉴频器在更短的时间达到稳定状态,并且稳态误差约减小到原来的1/20。     

Double-exposure heterodyne imaging for observing line-of-sight deformation

An optical heterodyne array imaging system is described for double-exposure interferometric measurement of objects that change because of stress or vibration. The signal measurement and processing approach is summarized, and the method is demonstrated in the laboratory. An advantage of this technique over other electronic interferometric imaging methods is that complex exposures are created with digital phase and amplitude values at each image pixel. In addition, measurement of object deformation does not require time synchronization between the camera exposure time, or laser pulse time, and object vibration frequency.     

激光自混合干涉测振仪的硬件系统设计

基于激光自混合干涉技术的特点,设计了一种新型半导体激光自混合干涉测振仪系统。系统将频率调制引入自混合干涉中,实现对振动物体的非接触式测量。介绍了激光自混合干涉测振仪的原理、仪器系统的光路系统设计、信号的调制模块设计、解调模块设计以及DSP系统的采集处理模块设计。该仪器体积小、成本低、易于准直、可以非接触式测量,能够测量振动频率在50kHz内的物体,其中包括非周期性振动。可以测量出振动物体的振动频率、振幅以及还原振动波形,振动幅度测量精度可以达到0．325μm,频率精度为1Hz。     

基于扰动源分类控制的二维陀螺平台过顶稳定方法

针对二维陀螺平台方位瞄准线控制在过顶位置时因驱动轴和敏感轴存在非线性约束导致的不稳定问题,分析了不同类型扰动源对方位瞄准线稳定的影响及其随俯仰角变化的规律,提出了基于扰动源分类控制的过顶稳定方法。该方法采用反馈和前馈双通道复合控制结构,在过顶位置时基于控制结构自身消除陀螺测量噪声放大导致的内生力矩扰动,通过增加前馈通道的滤波环节,抑制横滚扰动高频分量引起的力矩扰动,解决了过顶位置时方位驱动轴震荡的问题,同时通过反馈通道和前馈通道分别实现对方位扰动和横滚扰动低频分量的有效隔离。仿真结果表明,该方法能够大幅衰减陀螺测量噪声和横滚扰动高频分量引起的方位电机力矩扰动幅值,增强系统稳定性。最后通过某二维陀螺平台进行了实验,过顶位置时瞄准线方位经受振动条件下的稳定精度由82.4 μrad 减小为44.6 μrad,经受摇摆条件下的隔离度由?14.54 dB提升至?27.85 dB。实验结果验证了该方法能够有效提升过顶位置方位瞄准线的扰动隔离性能。     

Measurement of acoustic absorption coefficient with phase-conjugate ultrasonic waves

Experimental results on measurements of the acoustic absorption coefficient in test objects that were obtained with two methods, i.e., a standard insert-substitution method and a modification thereof using phase-conjugate waves, are given. Samples of gelatin and biological tissue in vitro (porcine muscle fibers) were used as test objects. Gelatin objects were manufactured that were both homogeneous and with inhomogeneities in the form of a rough surface or inclusions (air bubbles) distributed over the volume. A rough surface leads mainly to phase distortions of a probe beam, while bubble inclusions cause additional field scattering. For all homogeneous samples, both compared methods produce identical results. In the case of inhomogeneous samples including biological tissues, absorption measurement by a standard method may lead to significant errors. It is demonstrated that the use of properties of phase-conjugate waves provides an opportunity to eliminate almost completely the measurement error connected with phase distortions and reduce the error in the case of a medium with scatterers.