光学在大型几何尺寸测量中的应用

介绍了几种光学原理在大型几何尺寸测量中的应用．讨论的内容包括：多波长、双波长合成波长绝对距离干涉测量；激光频率分裂干涉测量；线性调频绝对距离干涉测量；相位板激光准直；旋光激光准直；半导体激光动态定位等．文章介绍了测量系统的工作原理，并讨论了测量精度和应用前景     

双光反馈半导体激光测距传感器模型

利用线性调频半导体激光器的光反馈效应，可实现绝对距离的测量，但由于半导体激光器光频受环境温度影响较大，限制了该方法的测量精度和稳定性，为解决这一问题，本文提出了一种基于双光反馈的绝对测距方法，并给出了理论模型；理论分析表明，通过联合运用傅立叶变换技术和参考技术，可以降低由温度变化形成的误差，提高系统的测距精度及稳定性。     

相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量研究

 为了克服一般绝对距离测量方法量程和精度不能同时满足的问题,提出一种相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量方案。该方案使用相位激光测距技术进行粗测,双纵模He-Ne激光器外差干涉测长技术进行精测,保证两者结合的单值性。建立测量系统,对方案的可行性进行了实验验证,并对影响系统稳定性的因素进行了分析。与双频激光干涉仪的比对结果表明：测量标准差优于1mm,可以满足一些大尺寸的测量精度要求。     

光谱干涉及其在非透明样品厚度测量中的应用

针对金属带材等非透明样品厚度的高精度原位测量问题，本文基于光谱干涉绝对距离测量的基本原理，提出了一种结构紧凑、全光纤的非透明样品厚度非接触式差分测量方法.首先介绍了光谱干涉的基本原理及绝对距离测量的具体实现，然后设计、搭建了一套全光纤差分光谱干涉测量非透明样品厚度的原理验证光路，并开展了原理验证实验，实现了标准量块厚度的高精度测量，最后对该方法的测量误差进行了分析，分析结果表明，采用该方法可以达到亚微米级的厚度测量精度.     

大尺寸绝对距离测量的现状及发展

大尺寸绝对距离测量技术是解决工业生产中大型零件高精度测量的重要手段。本文介绍了该技术的基本原理及国内外发展现状，并对影响测量精度的三个重要因素作了分析和讨论，并预言超短波Ｘ激光、自适应光学及集成光学技术将会在该领域得到广泛应用     

双波长绝对距离外差干涉仪的研究

提出了一种采用双纵模稳频激光器的新型绝对距离测量外差干涉仪。该干涉仪探测两个波长各自的外差信号, 通过测量两信号的相位差, 直接测量出合成波的小数级次。指出了两波长间的相互耦合对测量精度的影响, 提出了补偿方法, 在２５ ｍ 的测量范围取得了 １４０ μｍ 的测量精度。     

一种基于光学倍乘原理的绝对距离干涉测量系统

介绍了一个基于光学倍乘原理的绝对距离干涉测量系统。系统包括两个干涉仪:采用半导体激光器作为光源的定位干涉仪和测量位移的外差干涉仪。介绍了光源的选择,系统的设计以及信号的采集和处理方案。采用这套绝对测量系统,可以实现长度为2m以内的绝对距离测量,定位精度可以达到±0.5μm。     

线性调频半导体激光器实现大尺寸静态、动态测距

提高大型机电设备的加工水平，动态在线测量是关键。将线性调频半导体激光器应用于动态测量，对目标的位置及移动的速度、加速度等实现准实时测量，可对加工过程实现动态补偿；依靠系统的自校准，消除半导体激光器的老化对激光波长的影响，使得测量精度得以保证，进而使其实用化成为可能；待测的参数是拍频的频率，即测量精度与半导体激光器的输出光功率无关，加之频率是数字量，便于和微机相连组成自动测控系统。系统静态相对测量精度为３×１０－４。整个测量系统体积小、结构简单，便于实现生产和现场安装，可广泛应用于大型机电设备的静态、动态测量。     

具有位移和绝对距离测量能力的回馈干涉系统

提出一种基于半导体激光器泵浦Nd∶YAG微片激光器的回馈干涉系统，适合于非配合目标的位移和绝对距离测量。该测量系统包括移频回馈干涉光学系统，基于泵浦调制的微片激光器调频系统和相敏检波信号处理系统3部分。介绍了移频回馈干涉的原理，给出了位移测量和绝对距离测量应用的原理和测量方法，分析了测量的分辨率。实际测量了发黑工件表面的位移和绝对距离。实验结果表明，该回馈干涉系统灵敏度高，对被测表面反射率的要求很低，兼有对非配合目标的高分辨率位移测量和绝对距离测量的能力。     

基于飞秒激光纵模间拍信号的高精度绝对距离测量

针对使用单一频率飞秒激光纵模间拍信号测距时测量分辨力和最大非模糊距离之间的矛盾,提出了一种同时使用不同频率的微波信号对距离进行测量并逐级合成测量结果的方法。分别选取频率为100 MHz和1GHz的纵模间拍信号测量目标距离,之后调整飞秒激光器的重复频率,使1GHz的纵模间拍信号频率变化1 MHz后再次测量,借助频率变化进一步得到更大的合成波长,最后将三次测量的结果逐级合成,在扩展最大非模糊距离的同时保证了测量结果的高精度。实验结果表明,这种方法能够将最大非模糊距离扩展到150m,对目标绝对距离的测量结果不确定度为25.8μm。该方法不需要改变光路结构,测量过程简便,能很好地实现大尺寸高精度的绝对距离测量。     

基于TDLAS技术的HCl气体在线探测温度补偿方法研究

HCl是非常重要的化工原料,而且具有很强的腐蚀性和毒性,对其实现在线监测不但对工业生产工艺的优化会起到重要作用,也能有效的为环境污染提供必要的参照和数据。可调谐半导体激光吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)具有高灵敏、高选择性、快速响应等特点,该技术利用了半导体激光器的可调谐和窄线宽特性,通过选择待测气体的某条吸收线可排除其他气体的干扰可实现待测气体浓度的快速在线检测。介绍基于TDLAS的HCl气体检测的系统及实验,重点研究了温度对HCl测量的影响及其温度补偿方法,得出了一个经验公式。最后的实验结果验证了经验公式的合理性,进一步提高了TDLAS传感器在工业高温环境下测量气体浓度的准确性和可行性。     

Straightness Measurement Using Laser Diode and CCD Camera

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅａｎｄａｓｅｍｂｌｅｏｆｍｏｄｅｒｎｍａｃｈｉｎｅｓａｎｄｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ａｎｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｉｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｆｏｒｍａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｏ...     

多程放大器光束空间分布的优化设计

This paper focuses on measuring straightness of large-scale dimension by using laser diode fiber alignment, diffraction imaging technique and a CCD camera. In this method, we use a laser diode fiber alignment beam as the datum reference of straightness, deviation of the measured from this datum, can be detected by a CCD camera directly. Also a novel image processing algorithm is presented. The experiment result shows that the measurement range of L (m), the measurement accuracy of the system is 3+2.3×10-6L(\mm).     

Laser diode interferometer used for measuring displacements in large range with a nanometer accuracy

In this paper, the displacement of an object is measured with a photothermal phase-modulating laser diode interferometer. A feedback control system is designed to reduce the measurement errors caused by the fluctuations in the optical wavelength of the laser diode and the vibrations of the optical components in the interferometer. A new method is proposed to enlarge the measuring range of displacement. Using this method, the measuring range is enlarged from half wavelength to nearly 125 μm and the measurement accuracy is about 1 nm. The simulation and experimental results have shown the usefulness of the method and the feedback control system.     

一种实用化实时测温系统工作波长优化设计的进一步分析

基于Kirchhoff定律,依照测温系统的各主要技术参数与各主要技术指标(温度分辨力、测温灵敏度、相对测温灵敏度及测温准确度)之间的关系,对利用激光并采用钽酸锂热释电探测器作光电转换器件的实用化实时测温系统的工作波长进行了进一步的优化设计.实验表明,在测温范围400~1200 ℃内,系统的测温误差符合设计要求.     

Compact liquid-refractive index measuring equipment

Based on total reflection principle, a compact liquid-refractive index measuring equipment was designed and fabricated, in which a diode laser was used as light source and a charge-coupled device (CCD) as photodetector. The influence on measurement accuracy of the wavelength shift and intensity fluctuation of the diode laser were surmounted by an effective feedback method. It is crucial whether the diode laser could be used in such a system.     

TDLAS氧气测量系统中激光器调谐性能测试与优化

TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术以其分子光谱高选择性、速度快、灵敏度高、非接触测量等难以取代的优势,成为燃烧过程诊断等应用的首选,可以有效用于氧气测量。DFB(分布反馈)半导体激光器以其体积小、功耗低、寿命长、线宽窄、波长可调谐等优点成为TDLAS系统的主要选择,而其调谐特性是制约系统测量性能的关键因素。根据TDLAS氧气测量系统工作要求,采用一种简单易行的实验方法对系统中用到的764 nm DFB激光器的电流波长、温度波长和电流功率等重要调谐特性进行了测试和分析,发现出射光谱窄线宽、高边模抑制比和宽波长可调谐范围等特点明显,电流波长调谐曲线近似但并非严格线性、调谐速率约0.023 nm·mA-1,温度越高阈值电流越大、PI曲线也并非严格线性,温度调谐特性曲线线性较好、波长温度调谐速率基本保持恒定约为0.056 nm·℃-1。可见各种调谐曲线的非线性失真比较明显,影响氧气测量精度。温度调谐非线性可以通过温控精度的提高来消除,电流功率调谐非线性可以通过设置参考光强来消除。为了进一步解决电流波长调谐非线性问题,根据DFB半导体激光器的调谐机理和电流波长测试结果的多项式拟合,考虑通过DA控制注入电流的方式对电流波长调谐非线性进行补偿。这种方法针对不同激光器只需在系统初次工作之前进行一次多项式拟合,方案合理、实现简单且不影响测量过程。实验证明,补偿之后的λI曲线线性拟合残差小于1 pm,远小于补偿前的22 pm,效果明显,为氧气各种参数TDLAS精确测量和反演提供了依据。     

激光自外差相干测量中分布反馈半导体激光器电流调谐非线性的补偿方法

半导体激光器的电流调谐非线性对自外差相干测量的精度影响很大.研究了分布反馈半导体(DFB) 激光器的电流调谐特性,据此提出一种数学模型补偿方法.利用已知光程差下的差拍频率,建立了动态调频 系数的数学模型.以此模型对DFB激光器的电流调谐非线性进行补偿,可以将差拍信号频率预测值的相对误差 减小约3%,提高了系统的测量精度.数学模型补偿方法简化了测量系统的结构,适用于高精度的电流调谐 激光在线测量系统.     

激光辐照下红外测温的误差补偿方法研究

为了提高激光辐照下加热点处红外测温精度,建立了多变量测温补偿模型,研究了测量距离、测量角度与测量精度的关系。采用单一变量与正交变量结合的方法,建立关于测量距离与测量角度的二元变量补偿模型,并进行误差补偿模型验证实验。结果表明:补偿模型与实际测量结果可以较好地匹配,补偿后测量误差为±1.25%,与补偿之前相比测量精度提高64.25%,验证了补偿模型的正确性,为激光辐照下加热点温度红外测量提供理论指导。