方波磁光调制测量在无机械连接的设备间方位传递中的应用

在航天、军事等领域往往需要传递无机械连接的设备之间的空间方位信息,而传统的方位测量系统测量范围小、测量精度低,难以满足系统高精度大范围传递的要求,为此改变传统方法中的调制方式,将方波磁光调制引入了方位测量系统,建立了基于方波磁光调制的方位测量模型。根据马吕斯定律,建立了方波磁光调制后的输出信号模型,并分析了调制后信号的特点。根据调制后信号的表达式与方位角的关系,推导、建立了调制后信号与方位角之间的关系方程,并利用调制后信号的增减性去除了方程的增根,结合调制前后信号的相位对比扩大了方位角的测量范围,最终得到了基于方波磁光调制的方位测量模型,实现了无机械连接的设备之间方位信息的传递。仿真结果表明,提出的基于方波调制的测量方法与传统方法比较,理论测量精度更高、测量范围更广,这为实现空间方位角高精度大范围测量提供了一种参考。     

一种基于机械式拼接的结构光扫描测量方法

测量大尺寸零部件一般需要较大的测量范围,而高精密扫描传感器往往视野较小。为了解决该矛盾,提出了一种基于机械式拼接的结构光扫描测量方法,通过结构光扫描仪获取局部高精点云,并利用高精十字平移台实现数据拼接。分析了测量系统的组成和测量原理,提出了一种基于加权非线性优化的外参标定方法,求解出结构光扫描仪和十字平移台之间非实物坐标系的变换关系。在实验中验证了系统在300 mm的测量范围内球心距的均方根误差（root-mean-square error,RMSE）优于45 μm;同时对实物进行了测量,检验了测量系统的实用性。     

基于光克尔门空间扫描单次激光信噪比测量

提出一种基于光克尔门空间扫描的单次激光信噪比测量方法.在该方法中,门光和探测光在光克尔介质中正交传输,通过光克尔门对探测光的空间扫描实现激光信噪比测量.采用该测量方法进行了单次激光信噪比测量的实验研究,测得时间窗口和分辨率分别为88.2ps、2.7ps.由于取样门是由光克尔效应来控制,因此该激光信噪比测量方法对于待测激光的波长没有限制.     

基于光学Parity-Time对称微腔结构的大范围电场传感器

为解决传统电场传感器测量范围受限的技术难题,设计了一种基于光学Parity-Time(PT)对称掺杂电光介质的微腔结构,提出新的电场传感机制.利用传输矩阵方法计算结构的传输谱,发现独特的放大的缺陷模式.缺陷模式的峰值和波长位置均随外电场变化,由此可以利用缺陷模峰值变化和波长位置变化两种机制测量同一电场.测量范围仅受电光介质击穿电场的限制,可以为0—0.06 V/nm,几乎涵盖了可能的电场环境.对峰值变化传感机制,灵敏度范围38.042—47.558 nm/V;对波长变化传感机制,灵敏度范围18.357—18.642 nm2/V,在测量范围内平均分辨率为0.00925 V/nm.     

双峰远场结构的激光二极管阵列光场传输特性

提出了一种描述激光二极管阵列(Laser Diode Array,LDA)双峰远场结构的光场新模型,该模型同时考虑了激光二极管阵列垂直于结平面大发散角的传输特性,基于亥姆霍兹方程的远场解,运用非傍轴光传输理论分析,得到描述激光二极管阵列远场光分布模型,其结果与实验测量结果吻合较好.     

基于光克尔门空间扫描单次激光信噪比测量（英文）

提出一种基于光克尔门空间扫描的单次激光信噪比测量方法.在该方法中,门光和探测光在光克尔介质中正交传输,通过光克尔门对探测光的空间扫描实现激光信噪比测量.采用该测量方法进行了单次激光信噪比测量的实验研究,测得时间窗口和分辨率分别为88.2ps、2.7ps.由于取样门是由光克尔效应来控制,因此该激光信噪比测量方法对于待测激光的波长没有限制.     

光切成型石墨电极三维模面测量技术的研究

基于光切法三角测量原理,提出一种实现成型石墨电极三维模面的扫描测量方案.文中讨论了光切法三维测量原理及系统组成,并提出了一种基于均匀点阵的虚拟网格标定技术,最后给出了奥迪车门模型石墨电极模面的实际测量结果.通过对测量结果的分析表明此方案简易可行.     

强散射过程中基于奇异值分解的光学传输矩阵优化方法

通过测量散射介质的传输矩阵能够控制光在此介质中的传输,但目前没有通过优化传输矩阵(即搜索介质本征传输矩阵)来提高光传输效率的研究.通过测量介质的传输矩阵进行奇异值分解与背景滤波,初步优化了传输矩阵后,提出通过遗传算法再次优化传输矩阵,实现了进一步优化传输矩阵,提高了聚焦效率和信噪比.所提方法为可见光在生物组织中的成像提供了一种新的思路和方法.     

基于几何代数的彩色光流场计算

提出了一种新的基于几何代数的彩色光流场计算方法.从新的角度出发讨论了运用几何代数的概念来解决彩色图像序列的可行性和简便性.在几何代数域内对彩色图像序列用多重矢量表示,证明了彩色光流场分析时进行约束条件时的测量问题,通过多重矢量而非多通道的图像处理方法来表示图像连续特性,从而扩大了测量范围;然后依据物体色彩在运动过程中保持不变的原理,在几何代数域内推导了彩色图像序列的光流约束方程及其解法.结果表明,该算法能够显著提高各种情况下的彩色光流场计算能力.     

一种大动态范围的磁光电流传感器方案

提出了一种扩大磁光式电流传感器动态范围的方法。磁光式电流传感器是基于法拉第效应和安培环路定律实现电流测量的。由于法拉第旋转角随被测电流周期性增大，测量时只能利用正弦曲线单调变化的部分，因此限制了电流的测量范围。利用光纤维尔德常数随光波长变化这一特性，通过测量两种光波旋转的角度差，获得了大电流的测量值。在正常计量范围内利用单波长数据获得精度较高的计量值，达到扩大传感器测量范围的目的。分析表明，当两波长的维尔德常数相差20％时，电流测量范围可以扩大到单波长时的6倍。采用这种方法可望用一个传感器同时满足电力系统中的计量和保护两种用途。     

地震振动台实验三维全场位移测量的研究

提出一种基于高速相机双目立体视觉技术的大视场全场三维位移测量方法,用来测量地震振动台实验过程中的位移变化。给出了一种鲁棒的标志点匹配算法,基于VS2010开发环境,研发了用于振动台实验三维全场位移测量系统,设计了精度评估实验方案,验证该方法在大幅面位移测量中的精度,并利用该实验系统对高边坡模型振动台实验进行测量。结果表明:在3 m1.5 m视场范围,静态位移测量误差优于0.4 mm,动态位移测量误差优于0.5 mm,可以满足振动台实验的要求;该方法可以方便、直观地测量地震振动台实验中高边坡模型的位移场,并且测量得到X、Y、Z 3个方向位移曲线以及总位移曲线过渡自然、数据合理,是测量振动台实验全场位移变化的一种有效方法。     

Measurement of non-monotonous phase changes in temporal speckle pattern interferometry using a correlation method without a temporal carrier

Recently, a phase evaluation method was proposed to measure nanometric displacements by means of digital speckle pattern interferometry when the phase change introduced by the deformation is in the range [0,π) rad. This method is based on the evaluation of a correlation coefficient between two speckle interferograms generated by both deformation states of the object. In this paper, we present a novel technique to measure non-monotonous displacements in temporal speckle pattern interferometry using a correlation method without a temporal carrier. In this approach, the sign ambiguity is resolved automatically due to the introduction of a function that determines the correct sign of the displacement between two consecutive speckle interferograms. The rms phase errors introduced by the proposed method are determined using computer-simulated speckle interferograms. An application of the phase retrieval method to process experimental data is also presented.     

基于最小二乘法多项式拟合三角测量模型研究

激光三角法具有非接触测量、测量范围大、相对测量精度高、结构简单、环境适应性强等多种优点, 得到了广泛应用。但是三角测量的理论公式具有非线性特征, 而且光学结构参数(a、b、θ)等在现实工程中具有不可测性。研究了三角测量中数学模型的建立方法, 选用多项式展开方法建立数学模型。通过应用最小二乘法拟合多项式的方法求解模型系数, 提出了根据最大相对拟合残差要求、结合相关系数用于控制拟合多项式阶数的评价方法, 并通过实际光学系统验证了该方法的可行性, 达到了0.01%的相对误差。最小二乘法拟合多项式的方法对于激光三角位移传感器的标定和系统误差消除具有实际的指导意义。     

基于双目视觉的飞行头盔动载特性测试技术研究

为了测试飞行员综合显示头盔系统在动态载荷下的穿戴运动特性和人机工效性,针对头盔与头部相对运动状态难以量化测量的问题,提出了一种基于双目视觉的测量方法,并研制了相应的测试系统。测试前,对两台摄像机分别进行标定以获取其内外参数,在施加动态载荷的测试过程中,通过摄像机提取被测目标事先编码的标记点,利用图像处理软件对其定位和立体匹配,确定标记点的坐标值及相互关系,调用OpenCV中的cvPOIST函数解算目标位置及三维姿态,实现了头盔与头部模型三维相对位移、角度和角速度参数的精确测量,试验结果表明,这种非接触式的测量方法真实还原了动态过载过程中头盔与头模的相对运动过程,具有不改变试验对象的质量特性、不干扰试验对象运动状态的优点,具有较高的应用价值。     

Quantitative measurement of displacement and strain by the numerical moiré method

The numerical moié method with sensitivity as high as 0.03 nm has been presented.A quantitative displacement and strai,analysis program has been proposed by using this method.It is applied to an edge dislocation and a stacking fault in aluminum.The measured strain of edge dislocation is compared with theoretical prediction given by Peierls-Nabarro dislocation model.The displacement of stacking fault is also obtained.     

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为了测量EAST磁体位移的变化,采用计算机视觉处理方法构筑三维测量模型,利用边缘检测算法对图像采集系统获得的图片进行识别和检测,最终得出位移的变化值,从而可以在等离子体磁场位形控制中通过补偿修正这些变化。该测量方法解决了EAST装置冷质磁体位移测量的难题。     

Contact-impact analysis of geared rotor systems

In this paper, a finite element formulation, used to analyze the contact-impact behavior of geared rotor systems coupled with the rotational, lateral, and axial vibrations between gears at high rotational speeds, has been developed. A gear impact element to model the contact-impact behavior between gears has been developed and its numerical method is discussed. A relative displacement measurement idea has been proposed to measure vibration parameter for contrast experiment in high rotational geared system. The equations of motion are derived and solved iteratively during each time increment until the unbalanced force decrease to an acceptable tolerance level. Based on the proposed method, an analysis program, GEARS, has been developed. The contact-impact behavior of geared rotor systems is analyzed especially under high rotational speed condition as numerical examples, which are demonstrated to show the effectiveness of the proposed method.     

Random noise filtering method based on the inter-frame registration

One of the problems to be solved in image processing is how to eliminate image noise effectively. In this work, we brought forward a random noise filtering method based on the inter-frame registration. Firstly, we calculated the relative displacement of the adjacent frames by a registration algorithm. Then we divided the image into the overlapping area and the non-overlapping area according to the relative displacement. Finally, we do noise reduction processing for these two areas respectively. The experiments results indicate that the proposed method can reduce noise in both spatial and time domain of video images. The main advantage is that it cannot only remove noise, but also effectively protect the image edge and detail information. Besides, it not only maintains the de-noising effect of traditional inter-frame algorithm, but also is suitable for moving targets. It has better real-time performance and wider application range.     

An experimental method for eliminating effect of rigid out-of-plane motion on 2D-DIC

The out-of-plane motion is one of the most important factors that affect the precision of two-dimensional digital image correlation (2D-DIC). In this paper, a novel solution is presented to improve conventional 2D-DIC by eliminating the effect of out-of-plane motion, including translation and rotation. Firstly, an experimental technique using two projected laser strips is proposed to measure the out-of-plane motion of a planar specimen. A theoretical model is then established to predict the pseudostrains caused by out-of-plane motion based on the pin-hole imaging model. Using the measured out-of-plane displacement, the captured deformed images used in 2D-DIC are amended to eliminate the effect of out-of-plane motion by the theoretical model. Finally, two experiments were conducted to validate the effectiveness of the proposed method. Results indicate that application of the proposed method can effectively eliminate the errors caused by out-of-plane motion.     

多路CCD位移传感器用于路面纵断面检测研究

本文提出了一种运用多路电荷耦合器件(CCD)位移传感器快速检测路面纵断面的测量系统,介绍了测量原理,给出了数据处理方法和实验结果.此系统设计时速最高为60km/h,路面高度分辨率为0.5mm,检测范围为±120mm.实验证明,此系统用于路面纵断面快速检测是可行的.