用于托卡马克磁场测量的金属霍尔探测器的研制

金属霍尔探测器被认为是未来磁约束聚变堆磁场测量的重要工具之一。介绍了金属霍尔探测器系统的研制,包括测量原理、探测器制作工艺、电子学系统研制、标定系统建设及测试结果等。采用金属铋作为霍尔材料,有源区厚度为100nm,放大器的放大倍数为2000～200000倍。测试结果显示,当待测磁场在3mT以上时,系统的测量精度优于±1%,可以达到磁探针的标定精度,能够满足托卡马克装置的磁场测量要求。     

光电导探测器灵敏度标定方法的探索

光电导探测器体积小,灵敏度高,应用范围广,但暗电流也高,所以光电导探测器的直流标定是委困难的.我们采用了电子学的方法,探索光电导探测器灵敏度标定,给出光电导探测器50—300eV的灵敏度曲线.实验表明,这种方法是可行的.     

激光衍射法测细丝直径——三种光强分布测量方法的比较

通过对激光遇到细丝产生的夫琅禾费衍射图样进行定量分析,可以精确测量细丝的直径。文中对衍射图样的光强分布采用了三种不同的测量方法:直测法、光电探测法和CCD成像法。其中直测法装置简单、测量精度高,光电探测法有着较高精度和可靠性,而CCD成像法则适合高效率的批量检测。     

单光子探测器量子效率的自绝对标定

单光子探测器日益广泛地应用于科学研究的各个领域，精确地标定其量子效率成为应用的先决条件。我们首次实现了单光子探测器量子效率自绝对标定的原理性实验，即只利用待测探测器本身就可以对其量子效率进行绝对标定，而不需要第二个探测器或任何参考标准。该方法基于自发参量下转换产生的纠缠光子对的时间关联性，在信号光子和闲散光子之间引入延时，由单光子计数率和符合计数率测得探测器的量子效率。     

自准直仪光电探测器失调对测角的影响

本文首次提出并构建了自准直仪光电探测器失调的数学模型。基于该模型,分析了光电探测器相对于理论像面处于空间任意位置和朝向时对自准直仪测角的影响。结果表明,探测器失调造成的测角误差随准直物镜焦距f的增大而减小,随自准直仪到被测镜面的距离L以及待测角度θ的增大而增大。计算发现,当f=300 mm,L=100 mm,θ=20″时,因探测器失调引起的测角误差达到0.004 5″。文章进一步分析了各种探测器失调误差单独作用时对自准直仪测角的影响,验证了模型的正确性,并发现探测器离焦对自准直仪的影响最大。根据本文计算结果,选择长焦距的成像物镜、减小测量距离、提高光电探测器沿轴向的安装精度是减小光电探测器失调对自准直仪影响的关键。基于提出的数学模型,可以系统地计算探测器失调对自准直仪测角的影响,进而为构建更加完善的自准直仪误差模型奠定基础。     

一种即时平面标定的二维视觉测量方法

在二维视觉测量过程中,测量平面与标定平面的重合度是影响测量精度的重要因素。现有的二维视觉测量方法将平面标定过程及测量过程分步进行,测量平面与标定平面存在离面位移,通常需要精密的约束装置对标定靶标及待测物进行校准操作。为简化二维视觉测量过程并抑制离面位移,提出一种即时平面标定的二维视觉测量方法,通过在待测物上直接投射标定的激光点阵,建立待测平面与成像平面的映射关系,再根据该映射关系对待测物表面的特征点进行测量计算。该方法仅需对系统参数进行一次标定,与无离面误差校正的传统二维视觉测量方法相比,提高了测量精度,简化了测量过程。     

锁相检测式二维小角度测量装置

介绍了一种新型的二维小角度检测装置。由于该装置采用了光电自准直结构,以高灵敏度的四象限硅光电探测器作为检测元件,采用交流调制,锁相放大的方法对信号进行了处理,所以有效地消除了直流漂移的影响,提高了稳定性和测试精度。分析了光斑的形状和大小对测试结果的影响,研制了专门的标定装置。首先由高精度的光电自准直仪标定测量角度与输出信号的关系,并将相关数据存入单片机,然后由软件拟合出关系曲线。测量时,既可自动显示角度的大小,同时也可以与计算机相连。该测试系统结构小巧,具有较高的测量精度。     

高灵敏度APS CMOS图像传感器光谱探测技术研究

主动像元型(APS)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的成像性能已经接近电荷耦合器件(CCD)的成像性能,在光谱成像领域有很好的应用前景。讨论了CMOS器件用于光谱探测的若干问题,建立了光谱成像系统的噪声模型并进行了实际噪声测试,分析了基于CMOS探测器的成像光谱仪的灵敏度水平;结合CMOS器件的结构和特性给出了图像的校正方法。搭建了包括光学、电子学的完整光谱成像系统,进行了光谱成像试验,验证了灵敏度分析和光谱校正方法。结果表明,CMOS探测器可以满足高光谱成像的灵敏度要求,可用于高光谱探测。     

软性亲水性接触镜几何参量的光电成像测量方法

提出了对软性亲水性接触镜采用非接触的光电成像检测方法.将浸于液体中的软性亲水性接触镜置于高准确度的标准环上，采用投影光学系统将其投影放大，并用光电图像探测器接收软性亲水性接触镜的放大图像.通过计算机图像处理、计算出放大后的图像尺寸，然后利用成像公式、标准环的尺寸等相关参量，最终计算出软性亲水性接触镜的实际几何参量.采用放大倍率为20倍的投影成像光学系统，像元中心距为50 μm、像元数为512位的CCD线阵， 51系列单片机进行数据处理.经计算，该光电成像测量系统对软性亲水性接触镜的中心厚度、曲率半径的测量分辨力达到了0.005 mm,远高于系统0.01 mm的准确度要求.     

CCD器件相对光谱响应测试仪

设计并实现了一种涵盖400~950 nm的全自动CCD器件相对光谱响应测试仪。分析了成像器件的相对光谱响应测试原理,采用宽光谱、高灵敏度响应的科学级光纤光谱仪QE65000作为参考探测器,基于单光路直接比较法,构建了CCD器件相对光谱响应测试仪器。该装置可全自动完成CCD器件的相对光谱响应测量,不确定度分析结果表明,该装置对CCD器件开展相对光谱响应测试的最大不确定度为6.21%,满足应用需求,可为CCD等图像传感器甄选、参数性能评价及后续整机测试提供关键数据支撑。     

光电成像系统动态调制传递函数测量装置

在光电成像系统中,动态调制传递函数受到光学系统波像差、探测组件信号分辨率及传递特性以及载体运动引起图像模糊等环节对图像质量的综合影响,成为光电成像系统的重要参数之一。论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研制一种动态调制传递函数测量装置,其中光学准直系统焦距为10 000 mm,运动目标速度控制范围达到30 mm/s～5 000 mm/s,满足长焦距光电成像系统的动态调制传递函数测试。利用该装置进行了一系列的实验研究,结果表明,动态调制传递函数测量重复性优于0.01,测量不确定度达到U=0.05（k=2）。     

机载成像光谱仪CCD制冷系统设计与实现

为减小紫外成像光谱仪中CCD暗电流噪声,提高系统信噪比,需要对CCD进行制冷.为此采用模拟比例-积分-微分电路设计了CCD制冷电路,利用Zregler-Nicholas经验整定方法确定比例-积分-微分参量,以实现降温速率不大于5℃/min、温度稳定度为±0.05℃,满足最大制冷温差.将该制冷系统应用于机载成像光谱仪进行了测试,结果表明:环境温度变化不会影响制冷效果,在达到制冷目标温度-20℃后,CCD探测器暗背景下光谱维噪声平均灰度响应值为1 072,暗背景信号非均匀性下降到0.5%,满足光谱数据反演要求.     

多传感器光电系统视轴一致性测试方法研究

本文详细介绍了宽光谱的多传感器光电瞄准跟踪系统的视轴一致性测试的三种方法：像纸法、CCD 法和靶标法,详细分析了各种测试方法的主要误差来源.通过搭建一定的试验环境,分别用像纸法、CCD 法和靶标法对同一多传感器光电系统的视轴一致性进行了测试和分析.研究结果表明,CCD 法测试视轴一致性能达到了较高的准确度.     

基于价值工程提升CCD器件应用价值的经济性研究

应用价值工程原理,根据光电仪器的性能要求对CCD器件进行了功能价值分析,有针对性地选择高性价比的CCD器件,有效地提高了产品的价值。     

CCD近红外光谱谱图预处理方法研究

研究讨论了多通道电荷偶合器件（ＣＣＤ）检测器测量的近红外光谱谱图预处理方法及处理参数对光谱信噪比及校正模型质量的影响。对７００～１ １００ｎｍ范围内采用２０４８像素ＣＣＤ测定的近红外光谱,为获得较高的信噪比建议平滑一阶微分处理的窗口参数为９,二阶微分的窗口参数为１９。     

一种基于PSD的光电自动校炮装置

自动校炮技术对于实现坦克火炮校炮过程的自动化、智能化和提升射击精度具有重要意义,提出一种基于PSD（位置灵敏探测器）的光电自动校炮装置, 该装置以PSD为光电探测器件, 采用光电转换和信号处理技术, 实时自动获取坦克炮口弯曲变形量并给出火炮射击的修正量, 实现误差修正和车内自动校炮。该装置在不同初始位置和不同射角下,可达到0.1 mil(mil,炮兵测距用的角度单位,1 mil=0.060.001 rad)的修正精度。     

一种提高双CCD图像拼接精度的方法

利用一对光楔间距变化时,通过它的成像光束的像点会产生微小偏移这一特性,在双CCD图像拼接探测器中增加了光楔调整机构,该光楔调整机构包含两对光楔,一对光楔用于CCD水平方向的图像调整;另一对用于垂直方向的图像调整。通过设计、制作,光楔调整机构最终应用于双CCD图像拼接探测器的装调。装调过程显示:加装光楔调整机构对原有光学系统没有任何影响,可以实现精度高于0.001 mm的图像移动量,有效降低了双CCD图像拼接探测器的装调难度,提高了拼接图像质量,降低了生产成本。     

基于信噪比通道宽度的光电成像系统匹配方法的研究

将光电成像系统中的光学系统和探测器视为线性系统,应用匹配滤波和等效平方带宽理论,综合考虑了系统的信噪比和带宽,建立了基于信噪比通道宽度的系统性能评价模型。利用评价模型进行计算机仿真。根据仿真结果分析,得出了光学系统与探测器的匹配特性和最佳匹配条件。     

Effects of electron multiplication on the CCD SNR in remote sensing application

A mathematical model describing the effect of electron multiplication (EM) gain on the detector signal to noise ratio (SNR) is presented, and then two types of experiment have been made to test their relationship. The experimental results of the radiometric calibration and imaging in practice both show that the initial EM gain amplification makes the most significant improvement on the EM charge coupled device (CCD) SNR, while as the gain factor continues to increase, the EMCCD SNR improvement will become negligible.