光纤干涉测距中光程定位的研究

提出一种由定位干涉仪和测量干涉仪组成的光纤干涉绝对距离测量方法;并用标准长度光纤实现光程倍增以增大测量范围;重点讨论了用脉冲电流调制的准单色光源实现光程定位的方法及其精度。通过理论分析和仿真实验,定位重复性误差优于±1μm。     

成像系统倍率高精度测量技术研究

针对目前尚无高精度通用倍率测量方法与装置的问题,提出了基于双光纤点衍射干涉仪的成像系统倍率高精度测量方法。通过分析双点光源间距、CCD相机空间位置与点衍射干涉场相位Zernike多项式系数之间的定量关系,得到物面光纤间距和像面光纤像点间距的纳米级精度测量值,进而完成对倍率的高精度测量。分别进行仿真分析和实验验证,证明了所提测量方法的可行性和稳定性。结果表明,倍率测量的扩展不确定度为2.64×10-6。所提出的成像系统倍率高精度测量方法具有测量精度高和测量效率高的特点,且具备高可靠性,可以用于显微物镜、光刻投影物镜等高精度成像系统倍率的超高精度测量。     

光纤偏振态模式分布的干涉测量方法

研究一种高精度单模光纤偏振态模式耦合干涉测量方法，运用短相干长度光源，克服了传统的强度型测量光纤及光纤无源器件方法的缺点，该系统不仅可使测量精度达到－８０ｄＢ，且可以精确地测量耦合点位置，位置分辨率小于１０ｍｍ，并给出对Ｌｙｏｔ型光纤去偏器的测量结果。     

单色仪转角重复精度的相位板衍射准直方法测量

为准确测量上海光源软X射线谱学显微光束线采用的变包含角平面光栅单色仪的转角重复精度,提出了一种新的基于相位板衍射准直技术的测量方法.该方法将半导体激光单模光纤和相位板衍射准直技术结合起来,利用面阵CCD采集图像,通过测量光斑的位移变化确定平面镜和光栅的角度变化.实验表明.该方法可以测量掠入射情况下单色仪联动时的转角重复精度,测量精度可达士0.1",此测量精度优于同等实验条件下的商用ELCOMAT 3000自准直仪的测量精度.     

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.     

光场相机视觉测量误差分析

光场相机通过一次曝光可以获取空间目标的位置和方向信息,具有重聚焦和多视角的特性,利用光场的这些特性可以进行视觉测量.本文对光场极平面图像视觉测量、重聚焦视觉测量、双目视觉以及多目视觉测量方法的测量原理和误差影响因素进行了理论分析,并通过实验验证了光场视觉测量误差跟不同视角基线长度,主透镜焦距大小,目标离相机的实际距离等结构参量的关系;理论分析和实验结果表明,由于相机基线较短,远距离测量误差较大,近距离测量具有较高的精度;在光场微透镜阵列大小有限条件下,采用多个视角组合的测量方法具有更高的测量精度.     

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

超长光纤干涉仪甚低频段1/f噪声影响研究

mHz～kHz甚低频1/f噪声是限制超长光纤干涉仪测量精度的主要因素,厘清干涉仪1/f噪声的产生来源和分布规律是抑制测量噪声、提升观测精度的重要前提.为此,搭建了超百米臂长、全对称、差分探测的保偏光纤马赫-曾德尔干涉仪,通过开展基于不同类型窄线宽激光器和不同长度敏感光纤的干涉仪噪声测量实验,分别确定了光源频率噪声和光纤...     

相位调制激光多普勒频移测量方法的误差研究

为了能够对相位调制激光多普勒频移测量方法进行定量分析以及优化设计,使其在实际应用中获得最佳测量结果,从该多普勒频移测量方法的工作原理出发,对其测量误差分布规律进行了理论与实验研究,建立了该方法的测量误差模型。并利用该模型对此测量方法的频移测量精度等方面受相位调制频率和相位调制深度的影响进行了理论研究,发现当相位调制频率为Fabry-Perot干涉仪透射率曲线半峰全宽的0.63倍以及相位调制深度为1.08时,该方法的测量精度可以达到最高。     

基于调制相移法的高准确度光纤长度测量技术

为了克服传统调制相移法测量频率范围窄、测量准确度低的缺点,提出一种基于调制相移法的单模光纤长度精确测量技术.利用一体化矢量网络分析仪的高速调制信号同步技术及高频信号相位差测量技术,设计并研制了单模光纤长度测量装置.基于矢量网络分析仪自带的VBA插件编写了自动控制及数据处理软件,给出了相位变化量自动处理方法.利用研制的装置分别测量了长度为2km、40km和150km的单模光纤在不同工作波长点的长度值,实验结果表明,2km的光纤长度测量值实验标准偏差优于0.2mm,150km的光纤长度测量值实验标准偏差接近0.01m.该装置可对1 310nm、1 490nm以及1 550nm波长的光纤距离进行精确测量,为光纤长度的高准确度测量提供了一种新的技术途径.     

基于微加工工艺的光纤消逝场传感器及其长度特性研究

用硅光刻工艺和二氧化硅湿法腐蚀工艺制作了针状封装结构的光纤消逝场传感器.该结构的传感器体积小、试剂消耗量少,减轻了测量过程中光纤的变形,密封的结构可以有效地防止传感器受到污染.从理论和实验角度研究了不同长度的光纤消逝场传感器的测量结果,分析了传感光纤长度对传感器吸光度的影响,指出随着传感器传感光纤长度的继续增加,会使后续增加的传感光纤对传感器灵敏度的贡献越来越小. 关键词： 硅光刻工艺 针状封装 光纤消逝场传感器 传感光纤长度     

一种新型光纤振动传感器

提出一种新的利用共振原理对微振动放大进行测量的光纤振动传感器.光纤振动不受强电磁场和温度变化影响,可用于大型发电机(300mW)定子端部绕组微振动的在线测量.实验结果表明该光纤振动传感器可以达到相当高的精度,对解决特殊环境下微振动的实时监控有重要应用价值.     

基于光纤阵列的二维微角位移传感器

提出了一种基于光纤阵列的二维微角位移传感器.该传感器采用由十字形排列的光纤阵列构成的轮辐式探头结构.各接收光纤接收光强随被测角位移改变.通过对各光纤接收光强进行高斯拟合确定反射光斑中心位置.这种测量方法可以有效降低表面反射系数变化、光源波动以及环境光对测量结果的影响.由于各接收光纤对应光路损耗不同对微角位移测最精度产生影响.提出了光路损耗的归一化修正方法.实验证明系统测量角度范围-0.16 rad～O.16 rad,归一化修止方法使系统测量分辨率提高到了3.8X 10-4rad.     

用于物体三维测量的光纤投影器的设计与数值模拟

新的光学三维传感和计量方法不断涌现,在这些测量方法中,结构光投影器的设计至关重要。将光纤引入其中,设计了多光纤空间编码面结构投影器,利用多光纤干涉可以在空间形成条形、方形、六角形等多种干涉图样,从而构成了多功能光纤干涉图像投影器,并对各种空间编码结构的投影图像给出了计算机仿真结果。讨论了投影器的空间编码结构参数对测量范围和测量精度的影响,以及与编码器结构相适应的测量方法。该研究对多光纤干涉图像投影器的设计制作与实际应用具有一定的参考意义。     

光纤双向应变-位移点式传感器

选择不同间距的基片自由端和不同长度的自由悬垂光纤研制了利用光纤弯曲损耗的光纤双向应变-位移传感器.该传感器可分别用于测量应变和位移.实验表明:悬臂梁上的应变标准误差约为～26 με.微位移架上的位移标准误差约～0.06 mm.基本满足建筑结构对测量精度的要求.     

门控型像增强器开门时间测量

提出了采用超快激光脉冲与光纤阵列形成的光延时、跟CCD相机相结合的方法,对门控型像增强器进行了开门时间的测量,分析了该测量方法的可行性,建立了门控型像增强器开门时间的测量系统。用该测量方法对超高速光电分幅相机中的门控型像增强器开门时间进行了测量,得到了10,20,30,50 ns档开门时间的实验图片,与所加的快高压脉冲时间12.50,18.50,28.75,48.60 ns相比较,开门时间的测量精度得到了提高,该测量方法可用于超高速光电分幅相机曝光时间的标定。     

金属丝杨氏模量的光纤测试方法

采用光纤位移传感器,测量了加载情况下金属丝的微小伸长量,给出了一种杨氏模量的测量方法。理论上, 光纤位移传感器特性,与实验结果进行了对比。通过实验,标定了光纤位多传感器,并测量了不同加载情况下金属丝微小伸长量。采用逐差法处理了实验结果。     

塑料光纤微分模延迟的频域相移法研究

塑料光纤的微分模延迟数据对研究塑料光纤的色散特性具有非常重要的意义。采用频域相移法测量了不同长度的两种折射率分布塑料光纤：阶跃型塑料光纤(SI—POF)和渐变型塑料光纤(GI—POF)的微分模延迟曲线。实验结果表明,由于短光纤可以忽略模式耦合和模式损耗,1m塑料光纤的微分模延迟测量值与理论计算值吻合得非常好。因此,频域相移法可以简单、方便、精确地测量塑料光纤的微分模延迟。此外,通过比较不同长度塑料光纤的微分模延迟曲线的变化,可在一定程度上分析光纤中存在的模式耦合。     

基于差分群时延的磁场传感中光纤布拉格光栅结构影响的性能分析

对基于差分群时延的磁场测量方法中光纤布拉格光栅(FBG)结构的影响进行了分析。利用耦合模理论和传输矩阵法仿真,分析了均匀FBG的长度和折射率调制系数对传感系统测量范围和灵敏度的影响。同时改变FBG制作结构,研究了啁啾光栅、相移光栅和切趾光栅的差分群时延性能。并对各种光栅结构的差分群时延峰值大小进行了理论和实验比较。对均匀光栅和相移光栅的实验比较测量表明,采用相移光栅结构可以明显提高传感测量系统的灵敏度,实验数据和理论吻合较好。     

基于数字图像的高精度面内转角测量方法

针对科研与工程中转角测量优于5″的高精度要求,提出了一种用直线做特征标志的基于图像的测量方法。用高分辨率相机采集被测物上长直线标志,通过高精度检测图像上直线的倾斜角度来计算转角。分析了基于图像高精度角度测量中出现的多种原来无需考虑的影响精度的因素。给出了角秒级角度测量时直线的拟合检测算法以及直线标志的成像宽度、长度、与采样方向的角度等参量的选择应满足的条件。仿真和实验结果表明直线宽度5~9 pixel,直线方向避开与采样方向成0°和45°角时角度检测精度达到最优,当直线长度不小于1000 pixel时测量精度优于5″。