应用Multisim研究不同结构二维PSD的线性度

应用电路模拟软件Multisim对四边形结构、方形结构、直角形结构、双面结构位置敏感探测器的线性度进行仿真实验研究，得到了相应的线性网格图，并进行了分析.综合比较这几种不同结构二维位置敏感探测器的线性度.结果表明：四边形电极结构位置敏感探测器的位置误差最大，中央40％光敏区的位置误差约为10.05％，直角型电极结构位置敏感探测器，双面型电极结构位置敏感探测器以及带电阻边框的方形电极结构位置敏感探测器在相应区域的位置误差的误差分别为3.70％，0.29％，0.12％.对计算结果与试验结果进行了比较，表明该方法具有简单直观，参量变化多样性，结果可靠的优点.     

高精度光电探测器的线性测量

介绍了一种高精度的光电探测器线性测量系统,讨论了线性测量的方法,确定以光束叠加法为线性测量系统的基础.设计了测量系统,以944 nm激光器为光源,测量了Si陷阱探测器和InGaAs陷阱探测器的非线性因子.实验结果表明,利用该系统在0.1～200μW的入射光功率范围内.Si陷阱探测器非线性因子平均值小于0.009%,联合不确定度小于3.18%;InGaAs陷阱探测器非线性因子平均值小于0.6%,联合不确定度小于6.87%.实验结果证明该系统可以作为高精度光电探测器线性测量装置.     

一维位置敏感探测器位置准确度和线性度的改进

在常规的条状一维位置敏感探测器（PSD）中,光敏区和位置电阻区是结合在一起的,器件的欧姆接触电极难以做得比较理想,因此器件的位置准确度和线性度也受到了不利的影响。而在梳状一维位置敏感探测器中,光敏区和位置电阻区被分成了梳齿区和梳脊区两部分,并且位置电阻区被设计成很窄的长条,即使掺杂浓度比较高,位置电阻也能做得相当大。这样条状一维位置敏感探测器接触电极上的缺陷就可消除。用两种不同的一维位置敏感探测器所测量的位置特性曲线证实了理论分析的正确性。测量结果还表明,梳状一维位置敏感探测器的位置准确度和线性度比条状一维位置敏感探测器有了显著的提高,梳状一维位置敏感探测器的平均位置误差从条状一维位置敏感探测器的55μm减小到了26μm,梳状一维位置敏感探测器的均方根非线性度从条状一维位置敏感探测器的0．94％减小到了0．09％。     

枕型二维位置敏感探测器的研制

证明了枕型二维位置敏感探测器设计的基本原理———Gear定理,并推导了适用于枕型二维位置敏感探测器的位置计算公式,此外还提出了枕型二维位置敏感探测器的制作工艺和测试结果。采用集成电路工艺所研制的枕型二维位置敏感探测器(光敏面为8 mm×8 mm)表现出良好的光电特性,当反偏为5 V时其暗电流约为15 nA,峰值时的光谱灵敏度超过了0.6 A/W。在所测量的 75%光敏区域内,均方根位置误差约为 0.135 mm,而以均方根位置误差表示的非线性度在1.1%左右,比四边形二维位置敏感探测器的位置线性度提高了近一个数量级。     

基于PSD的微摆镜角度自准直测试系统设计

基于压电陶瓷的微摆镜是一种典型的二维角驱动部件,微摆镜系统的实用化需要进行微角度的测量,以便得到驱动电压与微偏转角之间的对应关系。设计了一种基于位置敏感探测器(PSD)的微摆镜角度测试系统,应用激光自准直原理,采用两次45°折返式结构,缩小了系统的体积并解决了传统折返式系统难以精准搭建的问题;采用多层前馈神经网络法对PSD进行了非线性校正,修正后整个系统的测量精度可达0.5″,测量范围为±400″。符合微摆镜角度测量的要求。     

阵列探测器对斜入射激光的功率测量不确定度

为了对斜入射情况下的激光功率进行准确测量,采用了对阵列探测器的功率响应度依角度进行修正的方法。推导了依赖于光源位置、阵列探测器位置和阵列探测器姿态角的激光光线方向余弦和入射角的数学表达式,推导了光线方向余弦和入射角的测量不确定度表达式以及阵列探测器功率修正因子的不确定度表达式,并根据功率表达式进一步推导了功率测量不确定度表达式。由此建立了斜入射情况下激光功率阵列探测器测量方法及功率测量不确定度评定的一套较完整的方法。以典型参数为例,计算了斜入射下阵列探测器测量激光功率的不确定度,结果表明采用修正方法可显著减小激光功率测量不确定度。     

直升机旋翼桨叶气动力学参数飞行测试系统

根据某型号直升机定型试飞的需要,研制出了动态测量旋翼桨叶气动力学参数的光电测试系统。其中运动参数(挥舞角、摆振角和变距角)由二维位置敏感传感器响应桨叶表贴发光点的位置变化测得,挥舞应变由光纤光栅传感器测得。利用自主搭建的桨叶运动姿态仿真平台开展了相关测试实验。结果表明:各角度值与对应输出电压间有很好的线性关系,测量范围内的角度测量误差小于1%;光纤光栅与电阻应变片对比测试的一致性较好,线性相关系数达到了0.999;光纤光栅应变测量的复现性很好,两次应变测量的相对偏差仅为1.22%。系统具有较高的测试精度。     

激光位置探测器的角位移测量精度分析

作为激光光斑位置探测器,象限探测器和位敏探测器被广泛应用于激光光斑跟踪、监控、位置检测和定位等领域。对这两种探测器的角位置测量精度进行了探讨,分析了影响精度的主要噪声源,推导出两者的角位移精度表达式,并通过计算进行了模拟。结果显示,两者的测量精度决定于信号的信噪比,且随作用距离的增加而降低;象限探测器的角位移测量精度明显高于位敏探测器。在忽略背景光噪声的情况下,象限探测器的精度约为位敏探测器的40倍。     

一种基于光栅的滚转角测量新方法

提出了一种利用一维平面透射光栅作为敏感器件的滚转角测量新方法。利用聚焦透镜及光电位置探测器组成接收测量单元, 避免了直线度误差带来的影响; 利用光栅的±1级衍射光束构成双光路差动测量, 基本避免了俯仰、偏摆角的串扰, 实现了误差分离, 同时增强了抗干扰能力。通过详细的理论分析, 论证了方案的可行性, 并在此基础上通过实验得到了定标曲线, 其线性相关度为1, 滚转角测量的角度分辨率可以达到0.6″。测量方法简单灵活, 仅需更换不同线数的光栅便可满足不同测量精度的要求。     

基于单PSD的目标空间位姿测量方法

为了克服图像传感器在位姿测量中存在响应速度与精度相互制约以及相应图像处理算法复杂的缺陷,提出一种基于单个位置敏感探测器的目标空间位姿测量方法.首先建立以位置敏感探测器光敏面中心为原点的传感器坐标系并在该坐标系下定义空间姿态角,然后将合作目标上8个循环交替点亮的红外LED光源作为探测对象,特征发光点经过会聚镜头成像于探测器光敏面上,经信号处理得到各点二维像坐标,并结合光源相对位置关系最终解算得到目标在传感器坐标系下的空间位置和姿态.在对系统稳定性进行验证后完成了位置平移与角度旋转的测量实验.实验结果表明:提出的方法在视场角为16.3°的范围内探测距离可达10m,沿深度方向的位置测量绝对误差最大为36.2mm,其他方向位置测量平均绝对误差最大为7.1mm,角度测量绝对误差优于2°.该方法解算过程简单、实时性强,测量更新频率为100Hz,可以满足位姿检测的高速要求.     

五维自由度衍射光栅精密测量系统（英文）

为了在保证结构简单的前提下,实现衍射光栅精密测量系统的大量程、高精度、多维度测量,设计了能够同时测量位移和角度的五维自由度衍射光栅精密测量系统。基于利特罗对称式光路结构,采用高刻线密度的一维衍射光栅以及外差干涉原理实现了沿光栅矢量方向和光栅法线方向的二维位移测量;通过引入高精度的位置灵敏探测器,结合±1级衍射光与光栅之间的角度变化关系实现了对光栅俯仰、偏摆和滚转三个维度的角度误差测量。实验结果表明:该衍射光栅精密测量系统能够实现分辨力优于4 nm的二维位移测量以及分辨力优于1″的三维角度测量,其位移测量范围只受限于光栅的尺寸,量程大大增加。该衍射光栅精密测量系统在精密测量领域有重要意义。     

基于原子的射频识别标签近场散射场矢量测量

基于原子的时间/频率、长度以及磁场、微波电场等方面的量子精密测量近年来引起广泛关注。里德堡原子作为微波精密测量工具,具有可溯源性好、空间分辨率高以及探测灵敏度高等优势。通过室温铯里德堡原子的电磁诱导透明光谱特征分析实现了微波电场矢量空间高分辨测量。利用铯原子蒸气池中共线的耦合光和探测光形成了6S_1/2-6P_3/2-51D_5/2的阶梯型三能级系统,5.365 GHz微波电场将诱导相邻里德堡态51D_5/2-52P_3/2的共振跃迁,导致阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱发生Autler-Townes分裂。通过计算光谱的分裂间隔可得到可溯源至普朗克常数的微波电场强度,微波电场测量的空间分辨率达到1/31被测微波波长。特别是提出一种新的微波电场极化方向测量方法,解决了基于里德堡原子进行微波电场极化方向测量时无法分辨互补角的问题。通过对射频识别标签的近场散射场进行矢量测量,实现了标签角度的有效识别,角度分辨率达到1.64°,测量结果与有限元分析方法仿真结果吻合地很好。该研究对于微波电场空间高分辨成像、射频识别标签的设计和识别以及电磁兼容测试等方面具有重要价值。     

光学渡越辐射测量中能量分辨精度分析

 基于光学渡越辐射原理的用于高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统，具有时间响应快、分辨率高等特点，可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数。分析了测量系统的结构参数（包括了透镜的焦距、成像面位置、CCD像元尺寸）对电子束能量测量精度的影响，并在理论上模拟了电子束的发散角的影响。还根据系统数据的特点，阐述了数据噪声对能量测量结果精度的影响，指出了光学渡越辐射测量中电子束能量分辨精度受到多种因素的影响，需要在数据处理时考虑修正。     

High sensitivity plasmonic temperature sensor based on a side-polished photonic crystal fiber

A high sensitivity plasmonic temperature sensor based on a side-polished photonic crystal fiber is proposed in this work.In order to achieve high sensitivity and high stability,the gold layer is coated on the side-polished photonic crystal fiber to support surface plasmon resonance.The mixture of ethanol and chloroform is used as the thermosensitive liquid.The performances of the proposed temperature sensor were investigated by the finite element method(FEM).Simulation results indicate that the sensitivity of the temperature sensor is as high as 7.82 nm/℃.It has good linearity(R;=0.99803),the resolution of 1.1×10;℃,and the amplitude sensitivity of 0.1008℃;.In addition,the sizes of the small air hole and polishing depth have little influence on the sensitivity.Therefore,the proposed sensor shows a high structure tolerance.The excellent performance and high structure tolerance of the sensor make it an appropriate choice for temperature measurement.     

一种带温度补偿的数字倾斜角测量系统

提出了一种带温度补偿的数字倾斜角测量系统,阐述了系统组成、温度补偿原理和软件设计,采用电子倾角器、A/D转换器、单片机、温度传感器实现了在宽工作温度范围内的倾斜角测量,消除了环境温度变化引起的偏差.系统通过实验验证,达到了较高的测量准确度,并在某项目的水平倾斜角测量系统中得到应用.     

基于平行平板的折射率高精度非接触测量

常用的测量折射率的方法如偏向角法、自准直法、临界角法、 V棱镜法等,这些方法通常需特制三棱镜与待测件。待测样品不一致且过程复杂,测试定标周期长,难于自动化。为了保证待测材料的完整及实现自动化测量,进行了基于平行平板的折射率非接触测量的尝试。运用该方法进行折射率的测量,不需特制三棱镜并且待测件与待测样品一致。分析表明,通过选择合适的测量角度,该方法旋转角度精度为a=0.003（即10）,导轨精度为L=0.000 8 mm,平行平板厚度测量精度为d=0.001 mm。     

纳弧度分辨力角位移传感器及平均灵敏度标定

给出了基于六次临界反射棱镜的精密角位移传感器,采用的是差动式结构。实验结果表明,传感器灵敏度高,量程为500μrad,具有5nrad的分辨力。提出了适合于小量程角位移传感器的平均灵敏度的标定方法,可以快速标定平均灵敏度,降低标定过程中标定系统及传感器自身漂移对标定精度的影响。     

激光光栅和反射镜姿态调节的高精度开环控制

为了提高高功率激光物理实验中激光束的精密对准度,提出了一种对激光光栅和反射镜姿态进行可视化、高精度调节的开环控制系统。该系统设计为由上位机、下位机和角位移微调机构等部分组成。从应用层通信协议、HostLink(Fins)协议和三维姿态模拟等方面介绍了上位机监控软件的设计;从步进电机驱动器复用、PLC电机断电相位记忆和下位机梯形图程序框图等方面讨论了下位机PLC控制系统设计;分析了角位移微调机构中通过把丝杆螺母的直线微位移转换为角度微位移来达到高精度转角分辨率的实现原理;并用实验数据验证了实际转角分辨率达到高精度设计要求。结果表明这种开环控制系统能够很好的实现对激光光栅和反射镜转角的高精度调节控制,对其他类似实验设备的高精度角度调整也具有借鉴意义。     

激光微角偏移测试系统研究

针对火炮出厂前的校瞄工作存在自动化程度不高、测试结果分辨率和精度低的缺点,设计了一种新型激光微角偏移测试校瞄系统。该系统由位置灵敏探测器(PSD)、准直平行激光管与二维精密旋转控制器构成。采用光电转换和信号处理技术,可实时获取火炮身管轴线的微角偏移量;利用相对简单的方法完成了高精度的测试,有效地改善了传统校瞄方法的不足。实验测试结果表明,该系统可在炮管仰角0°~70°范围内全程测试微角偏移量,其分辨率可达到0.001°,可广泛应用于不同口径火炮身管轴线的校瞄工作中。     

软X射线谱学显微光束线单色器结构设计及精度测试

针对上海光源谱学显微光束线站的性能要求,对其核心部件单色器进行结构设计。阐述了单色器的扫描运动原理,论述了波长扫描机构的设计方案,具体分析平面镜和光栅的转角重复精度影响因素;描述光栅切换机构,着重分析其水平偏差、垂直偏差、滚角、摆角和投角的精度问题;采用六杆并联机构的方案完成镜箱调节机构的设计,分析其支杆的调节范围和分辨力情况。给出了单色器的结构,并且对其精度进行了测试。测试结果表明,平面镜和光栅的转角重复精度分别为0.166″和0.149″;光栅切换机构的滚角、摆角和投角的重复精度分别为0.08″、0.12″和0.05″。这说明了单色器的结构设计方案和机械精度满足技术要求。