频率扫描干涉仪漂移误差正反向扫描补偿法

频率扫描干涉仪对测量过程中光程差的漂移非常敏感,目标镜的微小位移会被放大几千倍,使得测量结果严重失真,因此必须消除或减弱漂移误差。针对现场测量中目标镜的低频振动或缓慢漂移,根据光频连续正反向扫描测量值漂移误差放大项大小近似相等、符号相反的特性,提出了一种光频连续正反向快速扫描的漂移误差补偿方法,并进行了频率扫描干涉仪漂移误差补偿实验,分析对比补偿前后的实验结果,验证了该方法的可行性。实验结果表明,在测量距离约1543.3mm处,目标镜振动频率为4.7Hz,振幅为1μm,采用补偿后,连续40次采样测量的标准差由补偿前的51.9μm下降到8μm。     

大尺寸平面激光扫描补偿系统误差分析

扫描补偿系统是3DLIF水体测量系统中实现大尺寸平面激光等光程扫描的关键部分,决定了平面激光光束在流体水槽中的定位精度;系统3 000 mm长的光程和500 mm宽的光源使定位精度难以保证。针对该问题,分析了扫描补偿系统中可能存在的误差因素和各项因素之间的影响关系,建立了相关误差模型并进行仿真分析,对得到的误差数据进行了多项式拟合,拟合结果显示,棱镜制造角差和平面反射镜绕z轴的俯仰为影响位置误差的主要因素;为了减小误差,进一步分析拟合结果,得到了两项因素之间的关系表达式,提出了以仿真结果指导装调来减小误差的方法。最终仿真结果显示,通过该方法使平面激光在水槽中的位置误差可以从0.618 mm减小到0.103 mm。     

激光干涉任意转角测量信号的获得及误差补偿技术

采用信号处理的方法对激光干涉测角系统的特性进行线性化处理,需要产生两路正交信号。采用空间互相垂直的两套干涉系统获得信号难免会使系统复杂、调整困难,因此提出了一种插值处理方法,可以利用测量得到的一路信号获得线性输出信号。输出信号的非线性误差较处理前大大减小了,但是无法满足高精度测量的要求。还提出了针对误差产生的原因进行的误差补偿技术。实验结果表明,提出的方法可以实现任意转角的高精度测量,光程差的测量误差小于±0 2μm,对应的转角测量误差为0 63″。     

一种基于空间光程差调制的条纹位置测量方法

提出了一种基于空间光程差调制的条纹位置测量方法,用于恒星干涉仪条纹搜寻和条纹追踪.来自基线两端的两光束合束时,通过合束器在两光束之间引入一个倾角,用以实现静态的空间光程差调制.使用成像透镜将静态光程差调制得到的白光干涉条纹成像到CCD探测器上.白光条纹位置的偏移与两光束之间的光程差大小相关,使用获得的干涉条纹实时计算白光条纹位置,测量出两束光之间的光程差,用于延迟线的实时光程差补偿,从而可以稳定干涉条纹.数值模拟和实验结果表明,采用该方法获得的最大光程差测量误差为0.159μm,小于数值模拟和实验所用宽带光的平均波长0.555μm,测量精度满足条纹相干的要求.与时间调制方法相比,该方法原理和算法简单,且对于大气扰动更不敏感.     

摆镜扫描傅里叶变换光谱仪光程差计算

摆镜扫描傅里叶变换光谱仪利用摆动扫描方式产生光程差,减小了因动镜倾斜带来的误差影响。从摆扫干涉光谱技术原理出发,对摆镜扫描傅里叶变换光谱仪的光程差进行理论分析,给出了光程差计算表达式,实验结果表明:该光谱仪光程差近似正比于摆动角度。分析了轴外光线因不同入射角所产生的附加光程差,为傅里叶变换光谱仪的指标确定和优化设计提供了理论依据。     

非合作目标光频扫描干涉信号快速检测方法

研究非合作目标光频扫描干涉信号的快速检测方法,采用稀疏傅里叶变换算法快速求解距离谱,通过引入综合Rife算法精密校正距离谱,可大幅提升解算效率,保证解算精度。实验结果表明,所设计的硬件检测单元能够高效采集并处理不同粗糙度、入射距离及入射角度的非合作目标干涉信号,2 MB数据的处理时间为0.1224 s,在12 m范围内测距误差小于13μm,标准差优于10μm。     

全保偏双飞秒光纤光频梳系统的频率联动特性

采用跟踪反馈控制法,实现了双飞秒光频梳系统的频率联动,研究了主动光频梳自动扫频和手动扫频情况下,双光梳间的频率联动特性.结果显示,对主动光频梳进行自动扫频或手动扫频时,从动光频梳的频率跟随变化,且双光梳频率间的相关系数最大可达0.99,说明双光梳的频率间保持了较好的联动特性.最后,将频率联动的全保偏双光梳系统用于测距实验中,测量距离为1.332m,时间间隔为0.2s,连续进行16次测量,测得数据的标准差为0.35μm,测量精度可达亚微米量级.     

匹配干涉结构对远程光纤传感系统噪声的影响

研究了采用内调制相位产生载波（PGC）解调的匹配干涉型光纤传感系统中匹配干涉结构对传输光纤拾音噪声的影响。结果表明：当补偿干涉仪与传感部分相邻时,光学微分效应的作用可大幅度降低由传输光纤光路拾音引入的相位调制噪声;匹配光程差的增加不仅加剧了光频噪声向相位噪声的转换,同时也会影响相位调制噪声的转换幅度。通过设计合适的匹配光程差,并将补偿干涉仪进行有效屏蔽后与传感部分相邻放置,可以有效减小系统的相位噪声。研究成果为光纤传感远程传输系统的综合设计及噪声抑制技术提供了理论及实验基础,具有一定的参考意义。     

索列尔补偿器的制造

在光测弹性力学和光学材料的应力测试中,常常需要一种简便的能定量测定双折射光程差的仪器,索列尔补偿器就是其中的一种。我们试作的索列尔补偿器,其测量精度为2nm,测量范围是2.4μm。使用方法很简单,只需将被测样品放在正交偏振器之间,用补偿器的光程差补偿被测点的双折射光程差,就可根据补偿器的读数测出光程差的大小。     

一种校正相位测量轮廓术量化误差的算法

为了减小相位测量轮廓术中因数字化设备内部结构的量化处理过程引起的相位量化误差,提高相位测量精度。针对相位测量精度要求较高且表面凹凸变化不大的被扫描物体提出了一种能够有效校正相位测量轮廓术量化误差的算法,测量相位中的每一个像素点利用其相邻像素点进行校正。实验结果显示,校正之后,相位量化误差标准差减小了41.38%,相位测量的精度得到了提高。     

频率扫描干涉法绝对测距中运动误差的补偿研究

在频率扫描干涉法绝对距离测量过程中,目标的运动会对测量结果引入误差,经推导发现运动误差与激光扫频终点频率以及扪频过程中的光程差位移量有关.前者可直接通过高精度波长计测量,对于后者,提出了外差干涉频分复用技术,设计了一种新的频率扫描距离测量干涉仪,可同时实现目标绝对距离和光程差位移量的测量,通过剔除与扫频终点频率和光程差...     

转镜式傅里叶变换光谱仪光程差非线性的研究

转镜式傅里叶光谱仪中,转镜的转动形成光程差的非线性。光程差非线性是转镜材料和工作角选择时要考虑的重要因素,通过对它的研究,可以为工程实践提供指导,为进一步研究奠定基础。通过输入单色光时的情况对干涉图进行研究,发现光程差非线性使干涉图的周期发生变化;通过和光程差线性系统的仪器函数比较对复原光谱进行研究,发现非线性给复原光谱带来了噪声和波数漂移。由于光程差的变化是已知的,在光谱复原时,用非线性的光程差代替傅里叶变换中的光程差,就可以对光程差非线性进行补偿。计算机仿真实验的结果表明,这种方法效果明显,经补偿后复原光谱中光程差非线性带来的噪声基本消失。     

曲率半径干涉测量定焦误差分析

为了提高曲率半径定焦准确度,从移相干涉仪,标准镜头透射波前误差,被测光学元件表面面形误差及调整误差等方面出发,分析影响干涉仪定焦准确度的各因素,并给出各误差补偿表达式.通过对比实验发现,在猫眼及共焦位置处调整误差补偿后,离焦量及曲率半径测量结果的变化趋势由近似线性变为随机变化,同时由离焦量引入的曲率半径变化量由7.05μm减小为0.5μm.在曲率半径干涉测量中,调整误差为影响定焦准确度的主要误差源,调节调整误差可有效控制离焦量的变化,提高曲率半径测量准确度.     

红外测温过程中灰度值漂移的修正

对基于中波红外焦平面探测器实现目标的表面温度测量进行了理论及实验研究。介绍了红外测温系统的组成和测量原理,建立了红外探测器测温模型。分析了标定过程中出现的红外探测器灰度值漂移现象,通过4种不同的实验方法总结了红外探测器灰度值漂移的规律,根据这些漂移规律提出了漂移补偿的方法。最后,以黑体为目标进行了测温实验。结果显示,漂移补偿前后的测温误差分别为1．965℃和0．335℃,表明测温精度得到了很大的改善。     

双波长视网膜成像自适应光学系统的轴向色差补偿方法

双波长视网膜成像自适应光学系统非常适用于视网膜微血管的高对比度和高分辨率成像。本文重点研究了双波长自适应系统的轴向色差补偿问题。首先对轴向色差进行了测量,对实测波前进行了分析,并给出任意波前轴向色差补偿法。自适应校正实验结果显示,色差补偿后,波前均方根误差减小到0.16λ(λ=589 nm),视网膜微血管分辨率提高到6μm。这项工作可用于视网膜成像的临床应用。     

三光路结构的调频连续波重采样测距方法

调频重采样是一种绝对测距技术。这种方法采用的光源波长随时间变化,形成一束宽光谱激光。激光在各时刻的波长通过辅助干涉装置进行测量,并对其中频率间隔相同的部分进行重采样,使调频测距系统具有较大的线性光谱带宽,较高的分辨率及精度。在实际测量过程中,测量装置本身及待测物都容易受到振动的影响,导致待测距离及辅助光纤长度发生变化,引入测距误差。针对这个问题,分析了振动对重采样测量结果产生的误差:(1)待测物的移动引入一个多普勒频移分量;(2)辅助光纤的振动使重采样频率也发生变化。为了弥补这两种误差,提出了一种三光路结构的补偿方法,在辅助光路中,使用一种光路结构简单小巧,且测量速度更快的全光纤马赫泽德干涉仪等效代替光谱仪,实时的监测信号光的瞬时频率。在测量光部分,在测量光路中引入两个部分反射镜产生两路补偿光信号,并通过FFT算法产生频谱。频谱的三个峰值分别与三路信号相对应。通过测量信号与其中一路补偿信号的峰值相减即可补偿多普勒误差,通过两路补偿信号的频率差与相对距离的比值即可得出实际的辅助光纤长度。实验证明,传统的重采样测距方法精度为23.6μm,三光路测距方法的精度可达到11μm,可见这种方法能够对系统的振动误差进行有效补偿。     

机器视觉应用中物体离焦及过厚对测量精度的影响

机器视觉技术在工业测量中具有广泛应用,实现高精度的机器视觉测量对精密加工、制造具有重要意义。针对机器视觉应用中待测物体偏离焦面及在纵深方向过厚导致测量结果出现误差的问题进行了研究。重点讨论了系统中镜头远心度引起的平行性误差及其对离焦物体测量结果的影响。实验结果表明,在物体偏离最佳成像面而引入的误差中,平行性误差占到90%左右,因此可通过后期对平行性误差进行补偿以较大程度地提高系统测量精度。此外,针对待测物体过厚导致边缘模糊这一问题采用多种边缘检测算法进行了分析。结果表明在一定范围内,物体纵深方向越厚,边缘检测误差越大。在这一结果的基础上,对算法进行改进,提出一种基于图像灰度曲线的补偿方法,使测量误差由超过20μm降至10μm以下。     

光谱仪中球面聚焦反射镜和凹面全息光栅像差互补的一体化设计

为了兼顾光源聚焦镜引入的像差对光谱仪器分辨率和信噪比的影响,提出了消像差凹面全息光栅和聚焦反射镜一体化设计方法。建立了包含聚焦镜和凹面全息光栅的像差分析物理模型,推导了像差系数表达式,构造了像差校正目标函数,经优化得到设计结果。在一体化设计中,针对臂长为170.3mm、基底曲率半径为170.2mm的单色仪光栅,通过反向增大全息光栅像散项,补偿聚焦镜引入的轴外像差。与传统设计方法相比,该方法的像面点列图的均方根尺寸在子午方向由86μm减小到81μm,弧矢方向由765μm减小到167μm,提高了系统的消像差能力,为凹面光栅光谱仪器的光学系统设计提供了新的思路。     

基于DOAS及统计量的低浓度SO_2测量方法（英文）

为监测燃煤电厂低浓度SO_2排放,达到国家超低排放标准,提出一种短光程下测量低浓度SO_2的方法.在已知温度压强条件下,利用差分吸收光谱法,由不同浓度的标准气体构建SO_2差分吸收截面数据集;根据数据集标准差及均值,结合浓度反演结果,将测量区间由200~400nm逐步缩小到294~308nm.对该区间内137个波长采样点,用统计学方法,借助标准差及均值表征差分吸收截面精度,同时剔除误差较大的采样点,得到该环境下最优采样点集和差分吸收截面最优数据集.在同等温度压强条件下,利用该最优数据集和差分吸收光谱法,能够以较高精度计算出烟气中SO_2浓度.实验采用420cm光程,气室容积0.5L,气室内温度299.05K,压强101.33kPa,测量范围2~30μL/L.实验结果表明该方法相对误差低于1.7%,满量程误差低于1.3%,零漂0.09μL/L,72h内重复性良好.在420cm光程条件下,该方法能够高精度测量30μL/L内的SO_2气体,解决差分吸收光谱法中浓度与光程之间的冲突,适用于燃煤电厂超低排放监测仪器的研制.     

基于电流内调制DFB激光器的高空间分辨率OFDR

针对光频域反射（OFDR）系统中光源调频非线性导致的传感单元定位误差、传感精度低、传感范围窄、系统适应性差等问题，提出了开环校正结合光电锁相环闭环校正电流内调制分布反馈式半导体（DFB）激光器的方法。该方法用于控制DFB激光器连续、快速、大范围频率扫描线性化，使其成为OFDR系统的优质光源，提高OFDR的分辨率。实验结果表明DFB激光器的扫频非线性度由16.55%下降至0.078%，拍频信号中心频率的功率提升了21.1 dB，探测范围由15 m提升至50 m，测量值与实际值的最大误差为3.79 mm，重复性测量的最大标准偏差为112.2μm。