光学相干层析成像系统中双通快速扫描光学延迟线的数值分析

以matlab为工具,详尽分析双通快速扫描光学延迟线在最佳耦合条件下的光束传输与分布,为双通快速扫描光学延迟线的设计、元件选择和系统调整提供理论依据.得出离焦距离Δf=1μm和Δf=578 μm两个理论上的最佳耦合点.但就实际光路调试来看,离焦距离Δf=1 μm为此系统的最佳耦合点.     

二维扫描反射镜的鲁棒脉冲-峰值控制应用研究

针对二维扫描反射镜控制时可能遇到的脉冲干扰问题,以及设备制造时误差带来的参数不确定性,结合鲁棒脉冲-峰值理论提出了一种计算脉冲响应保守界,并设计了一个状态反馈控制器。通过理论建模得到二维扫描反射镜方位电机伺服控制模型,引入参数不确定性后,对该模型采用LMI优化求得控制器参数及峰值响应保守界。经过仿真验证,该方法相对于普通的PID控制方法减少了20%的峰值响应和50%的恢复时间,对于二维扫描反射镜脉冲干扰具有较好的抑制效果。     

小型高光谱分辨率光栅单色仪的研制

单色仪是成像光谱仪进行光谱连续定标的必备设备,为了对高光谱成像光谱仪进行连续光谱定标,设计了一种轻小型高光谱分辨率的光栅单色仪。采用水平式Czerny-Turner光路结构,以高光谱分辨率为出发点,通过推导计算,从光栅选型、焦距计算、狭缝尺寸的确定等方面详细论述了光栅单色仪的设计思路,给出仪器的重要必要结构参数,并论述了这些结构参数对仪器光谱分辨率和体积的影响。根据光栅单色仪的光路特点,对入射狭缝组件、准直物镜组件和成像物镜组件、扫描结构、机身等进行轻小型机械结构设计,并给出正弦杆扫描机构的结构参数与仪器输出波长和波长扫描精度的数学关系,完成了仪器的整体结构设计和装调。应用汞灯可见光光谱进行波长定标,采用最小二乘法得到定标曲线,并提出步进数极限误差与定标曲线相结合的方法,求得仪器的波长重复性和波长准确度;仪器在400~800 nm波长范围内,光谱分辨率优于0.1 nm,波长重复性达±0.096 6 nm,波长准确度达±0.096 9 nm。     

小型宽波段凹面全息光栅单色仪的优化设计

随着户外物性分析实验的日渐增多,开发轻小型、便携式,且响应波段范围宽的光谱仪器的需求越来越迫切。根据凹面全息光栅均方根优化理论,设计了一款轻小型宽波段单色仪。该单色仪主要由三块IV型凹面全息光栅和上下两层可旋转的平台组成,三块光栅对称地固定于上层平台上,由一台步进电机带动上层平台旋转实现光栅之间的切换,另一台步进电机带动下层平台旋转实现单块光栅的扫描。三块光栅的响应波长范围分别为400～1000,1000～1700和1700～2500nm,其理论分辨极限分别优于2.5,2.8和4.0nm。并对三块光栅的制作误差和双层平台结构误差进行了分析,结果表明,在能够保证的误差范围内,该单色仪的光谱质量可以较好地满足户外光谱分析的要求。     

γ谱仪测量系统样品旋转装置研制

利用球体随机旋转性好的特点，将包装样品的容器装入球内并放在样品旋转台中，在两台速度不同，方向垂直的步进电机带动下，球在旋转台上随机转动，实现对包装容器内的样品进行连续随机扫描，以达到减小由于包装容器的非均匀性对测量结果的影响，样品旋转装置由球面板、四根支柱，底座、步进电机及步进电机控制电路组成。采用两台型号为５７ＢＹＧ５０３的步进电机驱动球体旋转，步进电机控制器可对两台电机进行单独控制，并具有正反转功能，其转速分为２、５、８、１２、１６、２０转／ｍｉｎ六档，可连续长时间工作。     

太阳光谱辐照度仪的自定标实现

为实现卫星遥感器地面定标中大气辐射特性的高精度观测,研制了高精度、光谱式太阳辐照度仪。结合野外工作中仪器存在的衰减与损耗,设计了适合于长期外场应用的自定标系统。自定标系统设计采用双通道镜像的方案,利用基于球面镜的耦合镜实现光路的切换,实现单色光进入棱镜。结合光路的设计方案,采用步进电机带动反射镜切换光路,同时利用单片探测器测量入射/出射光通量采集,通过比值计算实现单波长下棱镜透过率的测量。在实验室内外进行了自定标的性能测试,室内自定标结果的重复性误差为2.5%,室内外透过率对比的相对偏差小于2%,证明自定标系统可以用于户外仪器的监测与校正。     

螺旋天线步进电机控制系统仿真及运行曲线优化

为实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用步进电机驱动螺旋天线单元转动来达到预定的辐射相位。为了优化步进电机的开环控制,研究运行曲线对步进电机控制性能的影响,提高步进电机控制速度和精度。根据步进电机及控制系统的工作原理,建立了基于Simulink的步进电机开环控制系统仿真模型,并在此基础上对梯形和抛物线两种运行曲线进行了仿真研究。仿真结果表明,该仿真模型能精确实现两种运行曲线对步进电机的控制,在100 ms的控制周期内,采用梯形运行曲线步进电机的最大无失步转动角度能够达到270°,而采用抛物线运行曲线时其转动角度能够达到360°,抛物线运行曲线在开环控制系统中具有更高的控制速度。     

光电侦察装备中的反射镜稳定技术

 反射镜稳定技术通过控制光学通道中反射镜的姿态以实现视轴惯性稳定,广泛应用于飞机、舰船和车辆等载体上的光电侦察装备中。为了进一步提高反射镜的稳定性能,综合介绍了国内外反射镜稳定的结构形式和应用特点,通过运动学分析描述了反射镜光路特性和基于半角机构的反射镜稳定原理,着重分析了几种捷联式反射镜视轴稳定的系统配置方式与伺服控制机理。讨论了影响反射镜稳定性能的关键因素,为工程进一步应用提供参考。     

自动聚焦激光诱导击穿光谱远程测量系统

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有非接触测量、无需样品预处理以及快速多元素同时分析等特点,适合于高温、高压、真空、有毒以及敌对环境等仪器和操作人员无法靠近观测对象的应用中。LIBS技术结合望远镜系统可以实现物质成分的远距离检测与分析。搭建了一套可自动聚焦的LIBS远程测量系统。该系统中的望远镜采用Schwarzschild结构,由一块凹球面反射镜和一块凸球面反射镜组成。两块球面反射镜共轴安装。其中凸面反射镜安装在电控精密平移台上,电动平移台可带动凸面反射镜沿光轴移动。通过调整凸面反射镜的位置,改变凸面反射镜和凹面反射镜的间距,进而改变系统的焦距,实现对不同距离的样品进行光谱测量。该结构的优点在于：激光聚焦光路与信号光采集光路相同,便于安装和调试;望远镜系统采用全反射式光路,适用于紫外波段检测;只包括两个球面反射镜,结构紧凑,元件容易加工。望远镜系统调焦距离为1.5～3.6 m,聚焦光斑直径约为0.5~1.0 mm。使用该系统对铜样品进行了LIBS实验,确认了Cu元素的特征谱线。通过测量Cu元素的LIBS特征谱线(Cu Ⅰ 223.01 nm, Cu Ⅰ 224.43 nm)峰面积和反射镜间距之间关系,得到了激光的最优聚焦位置。实验结果表明,该系统能够完成样品的远程激发和LIBS光谱测量,并能够对不同距离的样品进行自动聚焦。     

基于PID的流量调节阀的设计

针对流量控制,设计了一种结构简单、控制方便、精度高的基于PID的流量调节阀。流量调节阀主要由手动平衡阀、流量传感器、步进电机和控制器四部分组成,控制器采用PID算法控制步进电机。检测步进电机电流的大小不仅能确定手动平衡阀是否到达了极限调节值,也可以防止过电流损坏电机。实验测试中,用PC机对输出流量值进行设定和对流量调节阀的控制效果进行分析。通过反复试验,证明了输出的流量值能准确快速的跟随设定值的变化而变化。研究表明,基于PID的流量调节阀能实现高精度的流量控制。     

基于迈克尔孙干涉仪的光波长自动测量系统

本文基于迈克尔孙干涉仪,设计了一套自动测量光波波长的系统;其包括一套磁吸式传动装置,光强自动检测模块,系统具有自动寻峰功能,实现了数据的实时处理与显示.磁吸式传动装置,解决了电机转轴与干涉仪手轮不同轴的问题,减小了电机抖动,利用单片机驱动步进电机转动干涉仪的手轮,实时记录干涉光强变化的波形,通过算法减少了仪器抖动带来的干扰,实现了光波波长的自动测量,减小了实验误差,利用显示屏实时显示实验数据,使用步进电机步进角度记录反射镜位移值,自动计算数据结果,使实验更加直观简便.     

△(Delta)棱镜

在潜伏镜、跟踪瞄准望远镜等目视仪器中,通常采用反射镜(或棱镜)来实现空间目标扫描。近年来这种方法也开始用在摄形仪器中。它的优点是当仪器扫描时,摄形机和操作手可以保持静止不动,运动部分只是一、二块反射镜或棱镜。因此运动组元的尺寸小重量轻,容易实现高速扫描。对是带来一个问题就是当扫描反射镜绕机械轴旋转时,在象平面上影像绕系统的光轴旋转。     

危化品仓库堆垛安全距离的精确扫描定位监控算法的研究

根据危化品仓库码垛安全距离需要精确监控的需求,设计开发了一种精确扫描定位装置,将仓库划分为若干网格,对每个监测面测距扫描,获得每一个点的距离值和角度值,根据对应点是否与安全状态数值一致来判断堆垛的安全状态。硬件由控制器、细分驱动、步进电机、涡轮螺杆、工作台等组成。电机定位控制采用指数型加减速算法和闭环反馈调节相结合的控制算法,首先获得一个起跳频率,经过加减速控制阶段,到达目标位置附近,之后进入反馈调节阶段,控制步进电机到达指定位置。指数型加减速算法降低了启动和停止时加速度突变大小,避免了由于步进电机频率变化过快引起失步和堵转。实验结果表明,该装置及算法运行稳定,定位精度在 0.022度左右,定位精度高,满足仓库安全距离扫描监控的精度要求。     

基于PLC 驱动的步进电机的HL-2A 装置孔栏位移控制系统的设计与实现

为了实现HL-2A 装置孔栏位移自动控制,根据步进电机的应用原理,设计了孔栏位移自动控制系统。选用两相混合式步进电机,采用S7- 300PLC 作为主控制器,FM453 作为步进电机的定位模块,实现了对孔栏步进电机的驱动、控制与检测。同时完成了与上位机的通信,实现了对HL-2A 装置孔栏位移设置和数据显示等功能。     

光电子技术与器件 光学传感、传感器

TP212.1 2006032415采用虚拟仪器技术的表面等离子体共振传感器=Surfaceplasmon resonance sensor with virtual instrument tech-niques[刊,中]/张峰(暨南大学光电工程研究所.广东,广州(510632)) ,钟金钢∥光电工程.—2006 ,33(1) .—132-136针对表面等离子体共振(SPR)传感器对精度和数据处理能力的要求,利用虚拟仪器技术,设计了一套基于角度扫描的Kretschmann结构SPR测试系统。系统采用了高精度步进电机控制的旋转平台。软件中使用巴特沃思低通滤波器消除出射光干涉噪声引起的高频干涉。同时,提出了一种双棱镜自适应结构对出射光路进…     

智能写字机器人设计

设计了一种两自由度写字机器人,可以很方便地完成在平面上的书写绘画任务。可以把在计算机输入的文字通过控制算法和硬件电路用步进电机带动写字笔在纸面自动地描写出来。上位机选用计算机作为主机,采用Arduino系统作为从机。在计算机上将输入的文字转换成坐标形式的G代码,在通过串口发送给下位机控制器,下位机控制器采用直线插补和圆弧形插补算法,输出控制脉冲和方向电平控制步进电机前进或者后退。步进电机是由脉冲控制的,每发来一个脉冲就前进一步,实现了对距离的精确控制。本设计可以拓展一轴,加入Z轴理论上可以实现3D打印功能,把写字笔换成雕刻刀或者是激光头可以雕刻立体作品,拓展功能丰富。     

基于线阵TDI-CCD器件的扫描成像系统设计

提出了由步进电机控制振镜运转,基于线阵TDI-CCD相机的扫描成像设计方案.通过研究线阵TDI-CCD器件的结构与工作原理,得到对振镜扫描速率和相机行扫描速率进行同步的方法,实现了空间位置配准.采用EC-11相机进行成像实验,扫描成像系统输出了可辨别的图像.     

电视、电视技术

对激光电视的关键技术一高速激光扫描系统进行了研究和设计,提出了一种高速激光扫描系统的结构及相关设计参数的计算方法。系统采用光机扫描方式,利用微特电机直接驱动等10面体旋转反射镜和单面反射镜实现激光电视的行场扫描,简化了扫描结     

激光扫描动态图像仪的研制

介绍了使用多个半导体激光器进行扫描形成动态图像的2种方法.一是用激光器旋转实现行扫描,二是用反射镜旋转实现行扫描.探讨了该类仪器的主要结构和工作原理、电路组成以及仪器制作要点等.同时对该仪器如何进一步提高成像质量、拓展使用功能,进行了相应的思考.并对该仪器今后的发展方向和应用前景作了一定的探讨.     

激光诱导荧光实验装置的智能化

现行大部分环形染料激光器的波长调谐机构均采用手动或匀速机械驱动方式，对应的波长调谐为非线性，不便于激光波长的精确定标。本工作利用单板机控制步进电机变速驱动双折射滤光片，实现了波长调谐的线性化。同时，为了提高荧光信号测量的信噪比，控制仪器，实现重复扫描，使电多道光谱分析仪的数据采集及荧光光谱扫描得以重复叠加。另外，对激光诱导荧光测量系统进行智能控制后，可同时监测激光功率和荧光信号；可对实验数据进行存