像散法对微位移和微振动的实时测量

提出了一种通过对光学像散量的检测来实现对物体的微位移和微振动进行实时非接触测量的新方法.该方法采用四象限光电探测器测量由于物体相对于光学系统焦点的偏离而引起的像散量,参照已标定的物体位置与像散量之间的关系,可计算出物体的实际位移或振幅.利用这套系统对压电陶瓷片的振动状态进行了测量,得到了振动的振幅及频率.测量结果表明,该系统的测量灵敏度优于17 nm.     

液体对微振动的放大效应

根据表面波声光效应的原理,实验上建立了固体表面微振动的激光衍射测量系统.当激光斜入射到微振动引起的液体表面波上,观察到了清晰、反衬度非常高的衍射图样.利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描,得到了衍射光斑的光强分布图,并根据衍射图样宽度与表面波振幅的解析关系式,求出了液体表面波的振幅,其大小在微米量级.改变样品池中液体的深度,测得不同深度下液体表面波的振幅,给出了表面波振幅与液体深度之间的解析关系,并发现了液体对微振动的放大效应.利用液体对微振动的放大效应,求出了固体表面微振动的振幅,实现了固体表面微振动的探测.     

液体对微振动的放大效应

根据表面波声光效应的原理,实验上建立了固体表面微振动的激光衍射测量系统.当激光斜入射到微振动引起的液体表面波上,观察到了清晰、反衬度非常高的衍射图样.利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描,得到了衍射光斑的光强分布图,并根据衍射图样宽度与表面波振幅的解析关系式,求出了液体表面波的振幅,其大小在微米量级.改变样品池中液体的深度,测得不同深度下液体表面波的振幅,给出了表面波振幅与液体深度之间的解析关系,并发现了液体对微振动的放大效应.利用液体对微振动的放大效应,求出了固体表面微振动的振幅,实现了固体表面微振动的探测.     

一种提高时间平均数字全息测振条纹模式对比度的方法

针对基于时间平均数字全息法的微振动原位检测,提出了一种有效提高振动条纹模式对比度的方法,进而可准确获得待测面振幅分布.首先针对实际振动过程中物体存在纵向微位移而引起的相位误差进行校正;然后去除记录过程中物光场散斑引起的相位噪音,有效提高了被第一类零阶贝塞尔函数调制的条纹对比度;最后利用第一类零阶贝塞尔函数的变化规律和条纹级数,定量估计全场的振幅分布.搭建了以声波作为激励源的时间平均全息测振实验系统,采用频率分别为0、1 100、2 000和9 000 Hz的正弦声波激励簧片进行实验验证.结果表明,以振动频率2 000Hz为例,本方法能够有效提高振动调制条纹质量,并计算得到三级零点处的振幅值分别为109.4nm、244.2nm、356.4nm,与理论值相比较,误差分别为6.31%、3.34%和3.78%,在允许范围之内,证明了该方法的有效性.     

基于数字全息干涉的实时微振动检测

基于数字全息理论的方法,构建了一套微振动实时测量的实验系统。通过运用基于全息干涉图像的振动快速解算算法,直接从记录的全息图中提取振动信息,实现对振动物体振幅值进行实时测量。该系统的接收光为散射光,使得测量角度不受被测物体结构的影响。通过测量由标准正弦波驱动的被测物微振动情况,对该实验系统进行了实验验证,实验结果表明,该系统能够实时测量微振动的振幅值（算法处理时间约为0.11 ms）,在550～2700 Hz频段内被测物的振幅较为稳定,系统稳定性误差为1.66%,真实地反映了其振动情况。     

基于多光束混合外差干涉的相位增强技术研究

激光外差干涉测量技术是微振动探测的重要手段,随着微纳应用的拓展,人们对精密测量系统的相位检测灵敏度提出了更高的要求.传统提高测量灵敏度的方法有优化外差干涉系统方案、改进相位重建算法和降低关键器件噪声等.本文提出了一种多光束混合干涉的相位增强方法,经过理论推导和实验验证得到如下近似条件:校正光与信号光的初相位相差πrad情况下,两光束的功率越接近,系统对目标的弱振动振幅响应越大.实验设计的两光束功率相差1%时,观察到了最大146倍的增强效果,该方法在微振动物体高灵敏度测量上具有较大的应用价值,在现有器件指标和相位解调算法不变的基础上可大幅提高外差干涉测量系统的探测能力.     

分置式斯特林制冷机微振动输出检测方法

目前行业内没有标准的制冷机微振动检测方法,为了微振动测量的准确性,通过对斯特林制冷机微振动输出机理及检测方法的研究,对微振动输出的检测装置及检测系统进行了设计,对制冷机本身微振动输出检测方法进行试验研究。为制冷机微振动的抑制提供基础支撑,从而优化分置式斯特林制冷机的整机设计。     

问题解答

问:高二課本上“單擺的振动周期当振幅很小时与振幅无关”这个結論应如何解釋?是怎样得來的?單擺的振动周期公式T=2π(l/g)~(1/2)是怎样得來的? 答:这个問題的中心在于,当單擺的振幅很小时可以看成是簡諧振动,而簡諧振动的周期是与它的振幅無关的,因此單擺的振动周期当振幅很小时与振幅無关。而且从簡諧振动周     

干涉法测量音叉振动

采用干涉法对音叉受迫振动的位移振幅、速度振幅以及音叉振动与外加周期性驱动力的相频关系做了测量与探究.实验结果表明,位移共振频率与速度共振频率近似相等;音叉达到共振时,音叉振动与外加周期性驱动力存在π/2的相位差.利用干涉的方法可对音叉受迫振动的位移振幅、速度振幅以及音叉振动与外加周期性驱动力的相频关系同时进行研究,并且可观测到调节信号源频率至共振频率过程中相位差的改变,以及达到共振时施加外在扰动后相位差偏离π/2而后恢复的过程.     

微振动的激光外差测量

微振动的测量在科学技术和工业应用中都有着重要的意义.比如在材料性质的研究中,在高速转动系统的测量和研究中,以及在实现重力波接收的努力中,微振动的测量都是很重要的一个方面。 激光和无线电技术的结合,实现了光频范围的外差测量,利用它的灵敏度高的特点,我们做了一个测量压电陶瓷微振动的实验. 一、实验原理 图1为一个迈克尔逊干涉仪,反射镜M1、M2的坐标已分别标出,在忽略相位常数的情况下(这对原理的叙述无影响),到达接收器D的两路光可分别表示为:若反射镜M1为被测目标,它在作频率为Ω、振幅为η的微振动,即 y一岁。 O81n(0【干9)则…     

Measurement of Sectional Profile of a Cylinder using a Sinusoidally Vibrating Light with Sinusoidal Intensity

A method for accurately measuring a sectional profile of a cylinder is proposed in which a sinusoidally vibrating sinusoidal grating is used to generate a sinusoidally vibrating sinusoidal intensity distribution. A light coming from the top point of the cylinder surface is extracted with an optical system to make an image of this point. A sectional profile of the cylinder is measured by detecting a phase of a time-varying signal contained in the image intensity at a position where the amplitude of the signal is maximum. Detection of the amplitude and the phase is carried out easily and exactly.     

表面等离子体波检测的新技术研究

报道表面等离子体波的一种新的检测技术，可以同时获得表面等离子体波激发过程中反射光的相位和光强变化。理论计算表明，表面等离子体激发过程中，Ｐ偏振反射波相位的变化可达３００°。在此基础上建立了光学外差测量装置，可同时获得相位和强度变化的信息，实验数据和理论计算吻合非常好。此方法比仅能给出强度变化的角度扫描衰减全反射（ＡＴＲ）方法，提供了更多的信息，而且相位检测比强度检测灵敏度高，为表面光学性质的研究、ＬＢ膜特征研究以及表面等离子体波传感器的研究提供了更有力的工具。     

二次采样用于随机共振从强噪声中提取弱信号的数值研究

提出了二次采样的随机共振(SR)技术，并利用该技术，实现了绝热近似理论在大参数条件下，从强噪声中提取弱信号的目标.为便于应用，研究了二次采样随机共振方法在弱信号检测中相关参数之间的关联性.数值分析表明，该法在信号分析方面有着潜在的应用价值，有望将来应用于实测信号的数据处理. 关键词： 随机共振 弱信号检测 数值分析 非线性系统     

Probabilistic characteristics of detection of short light pulses and single photons

One of the most important problems of detecting weak light pulses is the determination of the accurate signal transit time. In this case, photodetectors capable of detecting single photons are characterized by two main parameters: the photon detection efficiency and transit time spread. A unified technique for measuring these parameters is proposed. The technique is based on the probabilistic distribution of transit times, which allows separation of characteristics of single-photon processes as multiphoton light pulses are fed and under conditions of high dark noises, which seems important, in particular, when operating with solid-state photomultipliers.     

微振动光电检测与数据采集系统的设计

提出了一种新的光学非接触式测量方法测量了物体的微振动振幅。用激光作为光源,以四象限硅光电池[1]作为光电探测器,借助三角测量原理,投射在振动源表面的激光反射光束在光电探测器上产生平面位移,将位移信号放大,通过A/D模块采集电压数值,并通过串口通信机制在PC终端实时显示。实验结果表明,该方法原理正确,灵敏度高,便于实现连续、快速、自动化检测,在工业在线检测方面具有良好的应用前景。     

利用全光纤干涉解调技术的光纤光栅复用传感系统

提出了一种用于光纤光栅传感波长检测的新方法。系统采用全光纤Mach Zehnder干涉仪,运用动态的自参考相位检测方式,结合微机实时处理技术,实现了对三点复用传感器的高分辨率(0.99pm)解调,单点测量范围达3.32nm。系统结构简单、成本低,可以同时检测静态和低频动态信号。     

Determination of wavefront aberrations using a Fabry-Perot cavity

A new method for detecting wavefront aberrations using a Fabry-Perot cavity is described. A Fabry-Perot cavity transmits the cavity eigenmode which satisfies a resonance condition, while the other modes are reflected from the cavity. Utilizing this mode discrimination property, we can extract aberration components from incident aberrated light as reflected light from the cavity. Under the condition of a weak aberration, the amplitude profile of the reflected light can be approximated to the wavefront aberration. We can therefore determine the wavefront aberrations in a visualized form with the technique. We present the detection scheme and the first experimental verification of the technique. The detected aberration using this technique was in good agreement with the result on the basis of a conventional wavefront sensor.     

Investigation of cross-polarized heterodyne technique for measuring refractive index and thickness of glass panels

A new mathematical model of cross-polarized heterodyning is proposed for measuring glass panels. An optical system is presented for obtaining relative thickness variation and difference distribution of refractive indices simultaneously, and the dual-balanced coherent demodulation technique is used. The experiment results show that the transmittance of light beam can be less than 0.5% when the vibration amplitude of the glass panels is equal to 5 mm. It takes about 200 s to scan the whole glass sample with size of 1430 × 1360 mm². The resolution of the thickness variation is 0.3 μm, and the lateral sampling resolution is 1 mm.     

A divided spectrum balanced detection technique for intensity noise reduction in SAC OCDMA systems

In this paper we propose a simple divided spectrum balanced detection (DSBD) for spectral amplitude coding (SAC) optical code division multiple access (OCDMA) systems. SAC OCDMA systems are limited by phase induced intensity noise (PIIN), which is a signal dependent source of noise. Our proposed technique reduces the PIIN by dividing the spectrum of the signal into two or more, and detecting each spectrum by a different photodiode. The DSBD scheme reduces the detected optical power at photodetection, thus resulting in a higher mitigation of the PIIN. Theoretical results show that DSBD demonstrate noticeable improvement over traditional balanced detection technique, for example an up to 33% increase in the number of active users can be achieved, and at least 1 × 10⁻³ b/s Hz increase in the spectral efficiency is obtained. However, the SDBD is more complex and append more constrains on system components.