测量光学玻璃电流传感头线性双折射的新方法

线性双折射是光学(含光纤)电流传感头的重要光学参量之一,会明显影响光学电流传感器的性能,因此测量光学传感头内线性双折射的大小对于提高光学电流传感器的性能有重要意义.本文报道了一种测量光学玻璃电流传感头线性双折射的新方法,以琼斯矩阵为数学工具给出了对该方法的理论分析及测量不确定度分析,并用实验方法给出了应用实例.此方法的主要优点是弥补了以前报道过的两种测量方法暴露出的无法唯一地确定光学玻璃电流传感头线性双折射的大小,或虽然能测定双折射大小,但测量不确定度较大的不足.实验结果表明:本方法可明显地提高测量准确度.     

大尺寸薄壳物体表面的三维光学自动检测

报道一种大型薄壳物体的智能光学三维测量以及自动在线检测方法,利用三节点光学测量传感器网络实现了大型薄壳物体内外表面数据的三维重建、特征尺寸获取及计算机辅助设计(CAD)模型的比对.提出一种有效的三维多节点传感器测量网络的系统标定方法,可同时完成整体测量系统在大尺度测量空间的现场标定以及各个三维节点测量传感器的标定.提出...     

基于光谱共焦的碱金属气室壁厚测量传感器的线性色散物镜设计

基于光谱共焦的碱金属气室壁厚测量传感器是通过直接测量光波波长信息来得到透明材料厚度值,是一种非接触式厚度测量传感器.色散物镜是厚度测量传感器的核心部件,色散物镜的线性度和色散范围决定了厚度测量传感器的精度和分辨率.文章介绍了基于光谱共焦的厚度测量传感器的原理,分析了波长信息与轴向色散范围之间的关系,利用ZEMAX光学设...     

基于双窄带LED光源的红外甲烷传感器的研制

利用甲烷气体分子在3.3μm处的主吸收峰,研制了一种基于非色散红外光谱技术的红外甲烷传感器.传感器的光学部分由峰值波长为3.4μm的测量发光二极管、峰值波长为2.7μm的参考发光二极管、截止波长为3.6μm的光电二极管及球面反射面组成;电路部分包括发光二极管驱动电路、光敏信号处理电路、温度测量电路、微处理器.采用短脉冲供电控制逻辑的工作模式,降低红外光源的上电时间,将光学测量器件的功耗降至16mW.实验研究了温度变化对传感器甲烷浓度测量结果的影响,通过数据分析及线性拟合,得出了温度补偿算法公式.补偿后的传感器及检测系统平台实验结果表明:传感器平均功耗为23.56mW,在-20～50℃的温度范围内温度变化对测量值的影响不超过真值的3%,湿度影响不超过真值的4%,响应时间小于25s,工作稳定性时间大于60天,性能指标均满足或优于AQ6211-2008煤矿用非色散红外甲烷传感器行业标准相关要求.与热辐射红外光源或激光检测原理的甲烷传感器相比,基于双窄带发光二极管的红外甲烷传感器功耗降低70%以上,能够满足便携式、无线化应用场合低功耗的技术要求.     

延迟片法测量光学玻璃电流传感头线性双折射

测量光学传感头内线性双折射的大小对于提高光学电流传感器的性能有重要意义.本文报告了一种测量光学玻璃电流传感头线性双折射的新方法,以琼斯矩阵为数学工具给出了对该方法的理论分析及测量不确定度分析,并用实验方法给出了应用实例.此方法的主要优点是弥补了以前报告测量方法的不足,即无法唯一地确定光学玻璃电流传感头线性双折射的大小.本方法采用的光路所用元件容易获得且测量结构简单实用.     

哈特曼-夏克传感器在非球面加工中的应用

论述了哈特曼-夏克传感器的测量原理，对它的测量精度进行了标定。同时还介绍了哈特曼-夏克传感器的在光学车间实际测量大口径非球面系统的情况，表明哈特曼-夏克传感器是一种非常有效的光学车间检测手段。     

光学电流传感器的新进展

利用法拉第磁电效应可实现电流的光学法测量.采用光学纤维或光学玻璃作为传感元件的电流传感器一直是研究和发展的重要课题.在本文中将概述光纤电流传感器中的主要问题,并着重介绍光学玻璃电流传感器的最新发展成果.     

紧固装夹及光学测量方式用于斯特林制冷机微振动输出检测的分析

根据工程应用实际情况,目前斯特林制冷机微振动输出检测有多种安装测量方式,紧固装夹方式采用加速度传感器测量采集数据,光学测量方式采用激光位移传感器测量采集数据。本文通过对采用紧固装夹测量方式与光学测量方式进行对比试验,分析两种安装方式的微振动输出测试数据,表明两种测量方法均可用于斯特林制冷机的微振动输出测试。     

美国研究用于测量高温的双折射补偿偏振光纤传感器

偏振光纤传感器可用于测量电流、电压、压力、加速度和液面。但是,由于这种传感器头中的大多数光学元件不耐高温,所以只能低温下使用。美国光纤和电光研究中心等单位研制了一种可用于150℃高温测量的双折射补偿偏振光纤传感器,其温度范围为25—1500℃。灵敏度为5℃。这种双折射补偿偏振多模光纤传感器     

测量脉冲大电流的四光路光学电流传感器技术

 在传统光学电流传感器技术的基础上，提出了一种四光路光学电流传感器，其通过四路输出信号可准确确定偏转角，使电流的测量范围不受正弦函数的单调性的限制，从而提高了电流的测量范围。配合四光路结构，提出了新的反正切函数数据处理方法，其不存在角度不灵敏区、可纠正原始数据的缺陷，从而提高了测量精度。实测了充电电压为4.5 kV、电容为50 μF和导线有效穿过磁光探头14次的快开快门的总短路电流，其峰值达85 kA，与理论值87 kA能较好地吻合，从而证明了四光路光学电流传感器可有效地测量脉冲大电流。     

Interference of white light in tandem configuration of birefringent crystal and sensing birefringent fiber

Spectral interference of white-light beams propagating through a tandem configuration of birefringent crystal and sensing birefringent fiber is analyzed theoretically and experimentally. The spectral interference law is expressed analytically under the condition of a Gaussian response function of a spectrometer taking into account the dispersion of birefringence in the crystal and in the fiber. Two types of spectral interferograms are modeled knowing dispersion characteristics of the sensing fiber and using a quartz crystal of the positive or a calcite crystal of the negative birefringence. The theoretical analysis is accompanied by two experiments employing a highly birefringent fiber and a birefringent quartz crystal of two suitable thicknesses. Within both experiments the spectral interference fringes are resolved in accordance with the theory with phases dependent on the fiber length.     

光学低通滤波器技术及其在CCD摄像机中的应用

利用石英晶体的双折射效应,设计制成用于ＣＣＤ 摄像机传感器前的光学低通滤波器（ｏｐｔｉｃａｌｌｏｗ ｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ ———ＯＬＰＦ） ,它可以有效地降低或消除离散光电探测器对不同空间频率目标成像所产生的拍频效应或称莫尔条纹混淆现象。ＯＬＰＦ 的采用提高了ＣＣＤ 摄像机的成像质量,尤其是提高了ＣＣＤ 摄像机对条状和栅格状目标成像时的清晰度,并可消除伪彩色干扰纹的影响     

光学低通滤波器的频率特性和光谱特性

光学低通滤波器是利用石英晶体的双折射效应和红外截止滤光片设计而成的。它在CCD摄像机传感器前可以有效地降低或消除离散光电探测器对不同空间频率目标成像所产生的拍频效应或条纹混叠现象,并能消除红外光对彩色还原的影响,从而提高了CCD摄像机成像的视觉效果。     

Crystallographic fringe orientation diffraction efficiency in bismuth silicon oxide

We report the first experimental measurement of fringe-angle applied electric field scaling of space charge growth and of crystallographic orientation effects in the initial development of the diffraction efficiency of thick holograms produced by the photorefractive effect in a bismuth silicon oxide (BSO) crystal. Diffraction efficiencies of holograms made by interfering two plane waves on the [¯110] face are measured as a function of the angle between the fringe pattern and the applied electric field. As the crystal is rotated relative to the interference fringes, the applied field may be scaled to yield identical space charge growth. Polarization-dependent diffraction measurements agree with the theory of a birefringent grating when optical activity is included as a separate, serial effect. Both the rotation-scaled applied electric fields and the crystallographic variations in the birefringent diffraction grating are consistent with charge transport processes in which the initial space charge fields are perpendicular to the interference fringes over growth times extending nearly into the steady state regime.     

云母晶体双折射率色散特性的研究

针对云母晶体材料本身性质所决定的双折射率色散关系不一致性,给波片设计带来非常不利的影响,提出偏光干涉法研究云母的色散特性.即由分光光度计测量出云母晶体的偏光干涉谱,通过对干涉谱极值点所对应波长的精确判断,准确计算出极值点的最大双折射率,获得从紫外至近红外光波段云母晶体的双折射率色散曲线,经多项式拟合数据处理,得到任意波长的双折射率色散公式.为求解不同温度任意波长的云母晶体双折射率提供了一种精确简单的方法,对云母晶体器件的设计与使用有重要的理论依据和参考价值.     

迈克耳孙干涉仪的数字化设计

使用硅光电晶体三极管作为光干涉条纹传感器,采用变间隙动极板电容传感器代替传统微距测量的设计方案,利用单片机对干涉条纹进行计数并自动测量反射镜的微小位移,实现了迈克耳孙干涉仪的数字化测量.制作了检测系统及电路,完成系统的软件设计.He-Ne激光波长的测量实验结果表明,采用该方案能够缩短测量时间,提高测量精度.     

Fabry-Perot interference-based fiber-optic sensor for small displacement measurement

A simple fiber-optic sensor based on Fabry-Perot interference for small displacement measurement is investigated both theoretically and experimentally. A broadband light source is coupled into a Fabry-Perot cavity formed by the surfaces of a sensing fiber end and the measured object. The interference signals from the cavity are reflected back into the same fiber. A small displacement via changes in cavity length can be obtained by measuring the wavenumber spacing of the interference fringes. The experimental data meet with the theoretical values very well. Given the light source bandwidth of 40 nm and the initial distance of 30 μm, the proposed displacement sensing system could achieve high resolution measurement of 16 nm.     

Fringes of equal tangential inclination by curvature-induced birefringence

A new kind of interference fringes, fringes of equal tangential inclination by curvature-induced birefringence, is presented. These are two-beam interference fringes produced by bending a thin sheet of birefringent material into a part of an exact cylinder such that the curvature is constant. Due to this curvature there is a uniform birefringence being induced. The change in birefringence induced by applying different radii of curvatures to a Fortepan sheet is measured. The stored (fixed) or natural birefringence of this sheet is deduced.     

电光材料调制误差对平行光束干涉投影的影响

为研究电光材料调制误差对干涉条纹质量的影响,建立了电光晶体对干涉条纹的成像模型,分析了晶体折射率、平面度与波前调制的关系及其非理想情况下的条纹成像特征。实验表明,晶体折射率的畸变会使干涉条纹变形,折射率离散化阶数直接造成投影条纹的高次谐波成分,甚至使投影条纹严重失真;在折射率线性增长的情况下,晶体平面度在0.1 μm的范围内也会引起干涉条纹畸变。     

基于可变相位延迟的激光干涉式亚纳米级微位移测量系统

激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等优势,所以基于干涉原理对激光光谱进行积分可以应用于微位移测量领域。在重力方法探测过程中,因地质结构不同引起万有引力差异而造成的探测质量块位移十分微小,通常为纳米级,所以研制高精度纳米级微位移测量系统尤为重要。然而传统电容位移测量法在防止电磁干扰等方面存在不足。相比较而言,光学干涉法具备抗电磁干扰、环境适应性强等优点,且精度不亚于电容法。传统干涉系统光路复杂、难于集成,对重力仪的小型化与集成化不利。所以研制一种结构紧凑的光学干涉系统用于实现纳米级微位移测量成为亟需。基于可变相位延迟的激光干涉式方法,能够实现亚纳米级微位移测量,较传统干涉系统具备结构紧凑、易于集成的优势。本微位移测量系统由半导体激光器、起偏器、检偏器、楔形双折射晶体组和光谱仪组成。研究从以下方面展开：首先是确定测量系统方案,提出了偏振光干涉双路结构,以楔形双折射晶体组作为核心器件,将晶体间相对位移转化为o光和e光的差别化相位延迟,并对激光光谱进行积分,进而将位移变化转变为合成光强的变化;其次是建立测量位移物理模型,根据设计的双折射晶体组几何结构、位移过程与光路,确定光强变化与待测位移量之间的关系;第三是系统参数优化,为了使系统的测量误差和量程满足实际需求,利用已建立的物理模型,将测量误差和量程分别与晶体切割角度α、激光器激射波长λ建立函数关系。根据应用需求,确定适当的误差和量程取值范围,进而得到角度α和波长λ取值范围;最后加工晶体、搭建系统并进行测试。具体即以α和λ为调控参量,联合考虑“近似线性化”和“激光器光强波动误差”对系统量程进行优化仿真。同样,联合考虑“激光器光强波动误差”和“激光器波长波动误差”,并利用“系统最大位移量”（与量程有关）对系统测量误差进行优化仿真。最终确定钒酸钇晶体切割角度α为20°,激光器激射波长λ为635 nm。实验中,以10 nm为间隔利用压电陶瓷设置位移量进行位移测试,包括：系统的线性标定、系统量程和测量误差测试。另外,在保持待测位置不变的条件下,利用本位移测量系统进行了2 h不间断测量,并通过阿伦方差确定了系统的位移探测下限。实验结果表明,位移量程范围大于150 nm,位移测量误差约0.5 nm,位移探测下限为0.32 nm@23 s,探测线性度判定系数(R2)为0.999 85。综上所述,以自制楔形双折射晶体组作为核心器件的可变相位延迟激光干涉式微位移测量系统,可作为重力探测中的质量块位移测量单元。与电容法相比具有更强的环境适应性;与传统干涉系统相比具有结构简易、光路紧凑等优点,便于重力仪的小型化与集成化。