投影栅相位法轮廓测量的非线性误差分析

分析了投影栅相位法三维轮廓测量系统的非线性误差。建立了几何光学模型,从理论上推导出被测点的相对高度与像点坐标的关系,研究了系统结构参数改变引起的高度误差的变化。详细阐述了像点坐标误差和系统非线性误差对系统精度的影响,并给出了高度误差补偿方法。据此提出修正的非线性高度拟合公式,实验结果证明新拟合公式的优越性。     

非线性薛定谔方程的多模局部误差计算准则

提出三种求解多模光纤非线性传输方程的误差估计准则—max,sum,ave准则,将多模误差向量转换为误差标量,基于对称分步傅里叶的局部误差法实现多模传输自适应步长统一变化.通过仿真高斯脉冲在渐变折射率多模光纤中的传输,验证了定变步长方法在不同准则下局部误差与全局误差的性能.实验结果表明三种准则的变步长算法都具有收敛性,且利用sum准则计算局部误差控制步长变化,在相同计算量的情况下能得到更高的数值精度,相同全局误差的情况下计算量相对更少,对进一步提高多模非线性传输方程的计算效率有参考意义.     

结构光测量中的高精度相位误差补偿算法

在模拟分析投影仪伽马非线性对相位误差影响的基础上,提出一种直接分析投影光栅特征并建立相位误差查找表的算法.对相位误差进行补偿.该算法通过分析一组投射到标准白色平板上的光栅图像,确定光栅相位值与相位误差的对应关系,并量化存储在一个查找表中,测量过程中使用查找表对相位误差进行补偿.实验结果表明.该方法可大大降低由投影仪伽马非线性引起的相位误差,系统测量精度达到0.043 mm,比误差补偿前提高了5.6倍.     

相位测量轮廓术（PMP）中光场非线性误差分析

在相位测量轮廓术( PMP)中，探测器的非线性响应是导致测量误差的重要因素.对该误差进行了理论分析和计算机模拟,比较了几种相移算法对这一误差的抑制能力，模拟结果与理论分析的结果一致.提出一种存在非线性误差时光强函数的几何描述方法，采用帕斯卡蜗线描述二阶非线性光强函数，这是一种用角度射线与帕斯卡蜗线交点在横轴上的投影长来表示相对光强的几何模型，形象地表示了探测光强与光栅移动角度的关系，以及非线性误差存在和不存在时的光强变化.同样，文中采用准卡西尼卵形线蜗线描述三阶非线性光强函数，用同样的方法形象地表示了在存在三阶非线性时探测光强与光栅移动角度的关系，以及非线性误差存在和不存在时的光强变化,可为实际应用中合理地选择算法和直观的评估非线性导致的光强变化提供帮助.     

单频偏振激光干涉仪中波片对非线性误差的影响

研究了用于纳米测量的激光干涉仪中光学波片对非线性误差的影响,基于琼斯矩阵理论建立了多波片的误差分析模型,分析了λ/2和λ/4波片引起的干涉仪非线性误差,对波片位置引起的非线性误差进行了实验研究.结果表明,波片位置调整精度对干涉仪测量影响巨大,在0～5°范围内,λ/2波片和λ/4波片引起的非线性误差分别为6.5 nm和9...     

电位差计测量电动势实验中的非线性问题探讨

从理论上分析了电位差计测量实验中存在着的线性及非线性因素 ,并给出了电位差计实验中避免产生非线性误差的方法 .引入了划分线性与非线性范围的数据 ,并对电位差计的线性范围给出了较清晰的物理概念     

红外光谱辐射计探测器高阶非线性响应校正方法

针对傅里叶变换红外光谱辐射计辐射定标需要黑体辐射面充满仪器视场的技术特点,分析了由于入射光子流较高导致红外探测器产生非线性响应误差的机理.通过仿真包含非线性误差的黑体辐射数据,研究了非线性误差对光谱产生的影响,并根据卷积和交叉迭代两种校正方法,提出了适合校正高阶非线性响应误差的迭代方法—梯度下降法.利用傅里叶变换红外光谱辐射计进行辐射定标实验,对比卷积、交叉迭代和梯度下降法三种校正方法的效果,结果显示三种校正方法均可有效减小非线性误差,分别使拟合优度提高了0.15%,0.29%和0.39%,梯度下降法校正后的光谱数据更为准确.     

转镜式傅里叶变换光谱仪光程差非线性的拟合法补偿

转镜式傅里叶变换光谱仪中光程差非线性带来了干涉图周期变化和相位误差，对非线性的拟合法补偿利用采样得到的干涉图进行重构，得到不含相位和周期误差的干涉图，再按照均匀采样函数对干涉图进行二次采样，消除非线性光程差对复原光谱的影响.经过二次采样的干涉图不含周期和相位误差，可以直接使用现有的软件进行光谱复原.计算机仿真实验证明这种方法行之有效，且利用4次多项式拟合干涉图效果更好.     

空间平面反射镜组件销钉预紧的非线性分析

介绍了产生结构非线性的主要来源与接触理论,对平面反射镜组件建立了合理的有限元模型.利用接触非线性分析方法分析了小重锤(m=0.18kg)在不同下落高度冲击销钉而对锥孔造成的法向压力;随后,将不同锥孔法向压力对镜面面形精度的影响进行了非线性和线性分析;然后,进行了空间平面反射镜的成像实验.分析与实验结果表明:采用非线性分析得到的面形精度比线性分析更接近实验值,非线性分析与实验值之间的最大误差为8.6%.由此对该空间平面反射镜组件提出了合理的销钉预紧方案,即小重锤最大自由下落高度不超过25mm.     

可调波长半导体激光法布里-珀罗干涉仪

为了对激光十涉仪、高精度位移传感器等测量系统进行纳米级精度的非线性误差校准,需进一步提高中国计量科学研究院与清华大学合作研制的差拍F-P 干涉仪的线性度、稳定性及测量范围.在合理分析空气折射率变化及He-Ne激光器纵模调谐范围等因素对测量的影响基础上,设计并制作了密封干涉光路的真宅系统,并用调谐范围较大的半导体激光器作为工作激光器.实验结果表明,系统在大于1/4波长的行程范围内的线性度有明显的提高,最大非线性误差由8.93 nm减小至1.19 nm.     

材料非线性衰减系数的二次谐波测量方法研究

采用有限幅值法测量材料在基波和非线性引起的二次谐波作用下的衰减系数:利用准线性下的KZK方程推导基波和二次谐波的声压分布,并提取波束修正系数;采用短纯音信号进行非线性实验,对检测得到的基波和二次谐波声压进行衍射修正处理,有效抑制衍射对衰减系数测量的不利影响,继而通过线性拟合的方法计算得到更精确的基波和二次谐波的衰减系数。以水为例进行实验,研究了实验测量所得衰减系数的频率依赖关系,结果表明在非线性条件下水的衰减系数与频率间存在较强的线性关系,而线性条件下衰减系数随频率呈现二次方增长的特性则不适用于非线性条件。该研究提出了准确测量非线性声波衰减系数的方法,为更有效地应用非线性超声检测提供理论依据。      

Characterizing the properties of ultrasonics propagating on the surface of materials with defect by Laser-ultrasonics method

A laser ultrasonics method is used to characterize the propagation properties of surface wave traveling on the surface of materials with sub-surface defect in 2D.Linear and nonlinear propagation properties of ultrasonics caused by the defects have been detected in experiment. A theoretical model is proposed and used to study the linear and nonlinear properties of ultrasonics caused by the defect.The numerical results indicate that the nonlinear ultrasonic wave will be excited when a finite amplitude ultrasonics propagates on the surface of materials with sub-surface defect.The theoretical analysis confirms that the nonlinear wave is caused by the "clapping"of the interface of defect instead of the mode conversions of ultrasonics.     

A nonlinear model for calibration of blood glucose noninvasive measurement using near infrared spectroscopy

In order to improve prediction accuracy of calibration in human blood glucose noninvasive measurement using near infrared (NIR) spectroscopy, a modified uninformative variable elimination (mUVE) method combined with kernel partial least squares (KPLS), named as mUVE–KPLS, is proposed as an alternative nonlinear modeling strategy. Under the mUVE method, high-frequency noise and matrix background can be eliminated simultaneously, which provide a optimized data for calibration in sequence; under the kernel trick, a nonlinear relationship of response variable and predictor variables is constructed, which is different with PLS that is a complex model and inappropriate to describe the underlying data structure with significant nonlinear characteristics. Two NIR spectra data of basic research experiments (simulated physiological solution samples experiment in vitro and human noninvasive measurement experiment in vivo) are introduced to evaluate the performance of the proposed method. The results indicate that, after elimination high-frequency noise and matrix background from optical absorption of water in NIR region, a high-quality spectra data is employed in calibration; and under the selection of kernel function and kernel parameter, the best prediction accuracy can be got by KPLS with Gaussian kernel compared with Spline-PLS and PLS. It is encouraging that mUVE–KPLS is a promising nonlinear calibration strategy with higher prediction accuracy for blood glucose noninvasive measurement using NIR spectroscopy.     

基于BP神经网络的磁滞回线的曲线拟合

BP神经网络通过调节连接权重可以实现以任意精度逼近非线性函数,利用这一特点可对非线性函数关系进行拟合。本利用BP神经网络对测定磁滞回线实验中的数据进行处理,结果表明该方法处理结果精度高,拟合效果好,计算机处理程序通用。     

一维非线性声波传播特性

针对一维非线性声波的传播问题进行了有限元仿真和实验研究. 首先推导了一维非线性声波方程的有限元形式, 含有高阶矩阵的非线性项导致声波具有波形畸变、谐波滋生、基频信号能量向高次谐波传递等非线性特性. 编制有限元程序对一维非线性声波进行了计算并对仿真得到的畸变非线性声波信号进行处理, 分析其传播性质和物理意义. 为验证有限元计算结果, 开展了水中的非线性声波传播的实验研究, 得到了不同输入信号幅度激励下和不同传播距离的畸变非线性声波信号. 然后对基波和二次谐波的传播性质进行详细讨论, 分析了二次谐波幅度与传播距离和输入信号幅度的变化关系及其意义, 拟合出二次谐波幅度随传播距离变化的方程并阐述了拟合方程的物理意义. 结果表明, 数值仿真信号及其频谱均与实验结果有较好的一致性, 证实计算方法和结果的正确性, 并提出了具有一定物理意义的二次谐波随传播距离变化的简单数学关系. 最后还对固体中的非线性声波传播性质进行了初步探讨. 本研究工作可为流体介质中的非线性声传播问题提供理论和实验依据.     

扭摆振动实验

为了丰富“非线性系统实验”课程的教学内容,开设了扭摆振动实验,将力学中的非线性现象引入到教学中.在实验内容的设计上,采取线性振动和非线性振动相结合的方式,即:首先研究扭摆的线性振动,如阻尼振动、受迫振动等,先对振动问题有基本的理解,然后再研究扭摆的非线性振动,分别固定驱动频率、改变励磁电流和固定励磁电流、改变驱动频率,观察非线性摆的运动情况.     

扩展Kalman滤波器同时测定苯酚和邻氯苯酚

提出了苯酚和邻氯苯酚混合体系非线性吸光度表示式.即非线性吸光度由两组分各自对吸光度的贡献、由于混合而导致的两组分各自贡献的改变以及交互作用项三部分构成.依据该式,利用非线性Kalman滤波紫外分光光度法同时测量了苯酚和邻氯苯酚混合体系.在250～290 nm区间测量了32组浓度各自在1～15 mg·L-1范围的苯酚和邻氯苯酚标准混合溶液紫外吸收光谱图.利用偏最小二乘法,将其制作成扩展Kalman滤波标准工作系数矩阵.通过对非线性吸光度关系式Taylor级数展开进行线性化处理,得到其向量函数的Jacobi矩阵,从而完成了非线性Kalman滤波器的设置.回收实验显示出,扩展Kalman滤波同时测量苯酚和邻氯酚双组分体系是准确、稳定的.     

Nonlinear optical response of inorganic metal cluster MoCu3Se4(PPh3)3Cl solution

The pump-probe response of the metal cluster MoCu₃Se₄(PPh₃)₃/CH₂Cl₂ solution is similar to that of CBS, which implies a nonlinear scattering origin of its nonlinearity. To testify how much the nonlinear scattering contributes to the optical limiting process, we employ a method by inserting a light collection lens in a standard OL experimental setup. Results from such an experiment show that nonlinear scattering is important when the concentration is low. For a high-concentration sample, the nonlinear energy loss is mainly related to thermal induced nonlinear absorption.     

Snake模型应用于塞曼效应分裂图谱处理

随着CCD摄像技术成熟并应用于塞曼效应实验中,图像数据的处理方法成了影响实验测量误差的最大因素.本文采用改进的可变压力Snake模型方法实现塞曼效应分裂圆环的数据测量,从而提高测量的稳定性和精确度;并利用Origin的非线性拟合进行数据的误差评价.