基于自准直原理的紧凑型激光位移传感器光学系统设计

分析传统直射式和斜射式激光位移传感器的特性,结合两者的优势,设计了一种基于自准直原理的紧凑型激光位移传感器。在结构上,利用直线结构取代了大三角的光路布局,形成自准直式光路结构。引入分光比50%的分束镜,与光轴成45°角放置,将会聚透镜和成像透镜合为一枚,并使聚光镜、分束镜和光电探测器共轴,简化了系统结构,减小了仪器体积,同时,推导了符合自准直原理的Scheimpflug条件。利用光学设计软件Zemax对光学系统进行仿真,系统采用单透镜的结构形式,前表面为Forbes非球面,入瞳直径像质量和系统尺寸均达到最佳。该系统具有测量范围大、分辨力高、结构尺寸小、光能损失小等特点,通过实验与Keyence激光位移传感器比较,该系统能够保证测头分辨力1μm、综合检测精度±2μm的技术指标。     

大量程激光位移传感器的成像系统设计

为了解决目前国内自主研发的激光位移传感器基准工作距离短和测量范围小的问题,设计了一种适用于远距离测量的大量程激光位移传感器成像光学系统。基于激光三角测量原理,结合具体使用要求计算了大量程激光位移传感器的性能指标和成像光学系统的设计参数。选择5片式透镜结构作为系统的初始结构,利用光学设计软件对大量程激光位移传感器成像光学系统进行了仿真,完成了系统优化和性能分析,实现了基准工作距离为1 000 mm、量程为±500 mm、分辨率为0.4 mm的大量程激光位移传感器成像系统设计。结果表明,在测量范围±500 mm内,系统均可以满足成像质量要求。该激光位移传感器成像系统具有工作距离远、测量量程大、结构简单的特点,可满足1 000 mm远距离处大量程范围的测量使用要求。     

基于小孔光学系统与面阵ＣＣＤ 的激光位移传感器系统设计

为了降低激光位移传感器的生产成本,提出一套新型激光位移传感器系统的设计方法。该设计基于三角测距原理,使用ＣＣＤ 单板机作为光电探测器,换用小孔光学系统替代透镜,并针对小孔光学系统的特点对传感器系统重要参数的确定方法进行了研究,编写图像处理算法提取目标图像中的位移信息,从而达到非接触式位移测量目的。搭建了一套该新型激光位移传感器系统进行位移测量实验,结果表明此系统可以达到量程为５０ ｍｍ、精度为１ ｍｍ 的测量需求。     

高精度激光三角位移传感器的技术现状

三角测量法是一种传统的位移测量方法.随着激光器、光电探测器和计算机的发展,三角测量法有了很多新的进展和应用.对激光三角位移测量系统进行概述和讨论.根据光线的不同入射方式激光三角位移传感器主要分为两种:直入射式和斜入射式.分别介绍了这两种方法的测量原理,并对它们各自的特点进行了比较.最后阐述了高精度激光三角位移传感器的应用方向及发展趋势.     

测量转动体位移的光纤传感器的研究

本文报道了采用光学三角漫反射技术来测量转动体位移的光纤传感器从理论上推导了该位移是漫反射产生的光脉冲的某些时间间隔之比的线性函数,实验上得到了7～34mm的测量范围,在该测量范围内误差小于1%.该种测量方法测得的位移与转动体转速无关,与光源强度无关,传感头结构简单,测量范围大,线性度好。本文还对它的应用进行了讨论。     

激光聚光光学系统

结合激光光学理论，提出一种激光聚光光学系统的设计方法，并给出激光光束与光纤之间的耦合光学系统的设计实例。     

一种新型集成光学微位移传感器的研究

本文采用数值孔径(N.A)法首次计算了光纤-波导端面的耦合效率和器件的响应特性;全面测试了器件的性能,其理论分析与实验结果符合较好;还讨论了进一步提高器件的探测灵敏度及其实用化的途径.     

超短脉冲激光瞄准装置光学系统设计

为了提高超短脉冲激光的瞄准精度,基于自准直原理提出瞄准装置光学系统。以670 nm光纤耦合激光器为光源,设计指示光准直、扩束光学系统,准直光的不平行度达到3.2,设计焦距为350 mm,相对孔径1/5,离轴量50 mm的主激光离轴抛物面镜,其成像质量达到衍射极限,基于准直束光学系统和离轴抛物面镜,设计可适应670 nm和800 nm两种波长的20和100的瞄准和监测成像光学系统。提出一种小孔准直的安装调试方法,以指示光进行实验验证,结果表明:设计的光学系统成像光斑均匀,其物方分辨率达到4.1 m。     

位移传感器仿真器设计

针对目前机载系统地面试验的要求,设计了一种简单、驱动能力强、通用性好的位移传感器仿真电路。运用模拟乘法器AD633完成基准载波信号幅度的调制,简化了硬件电路的复杂度;利用运算放大器的非线性反馈以及三极管的电流放大特性,大大提高了电路的带负载能力;使用基准电压和以及调节接口的设置提高了仿真电路的通用性。在某飞机飞行控制系统地面试验中的应用表明,该位移传感器仿真电路能够实现角位移传感器及线位移传感器信号的仿真,运行稳定、波形良好,有一定的推广意义。     

基于C Sharp的激光位移传感器校准装置测控软件设计

针对高精度激光位移传感器校准的需求,基于C Sharp设计了激光位移传感器自动校准装置测控软件,实现了对位移的测量、数据采集、数据处理、数据保存并显示结果等功能;测控软件对硬件设备的通信与控制采用了面向对象的编程思路,例如针对激光干涉仪、直线位移平台、数字多用表等设备,设计了相应的类,提高了软件的可拓展性,同时也便于系统硬件的升级;数据处理采用多种线性拟合算法计算激光位移传感器的线性度,满足不同情况下的参考需求;实验结果表明,测控软件系统运行稳定,数据的自动采集处理方便快捷,减小人工处理数据引入的误差,提高了激光位移传感器校准的准确性和效率。     

二维复用半导体激光器线性调频光纤位移传感器的研究

利用半导体激光器线性调频外差干涉原理和频域多路复用原理,研究了光纤位移传感器多路复用技术,制作了两路复用光纤位移传感器,研究和解决了多路复用时信号串话问题.实验证明,各路之间串话引起的误差小于±0.02μm,每路测量误差小于±0.05μm.     

实现微位移测量的非本征法布里-珀罗干涉型光纤传感器

从光纤耦合和多光束干涉的原理出发,建立了非本征型法布里_珀罗干涉仪光纤传感器的理论模型,得到了用光谱法进行绝对距离测量的公式。设计出了传感器探头的结构,并搭建了系统。用LED作为宽带光源所得到的反射光谱可用于实际样品的微位移测量。实验结果表明,该传感器理论模型的数值模拟结果与实验结果是一致的。对实验数据进行了误差分析,所得到的测量精度可达到1μm。     

Optical feedback characteristics in a dual-frequency laser during laser cavity tuning

The optical feedback characteristics in a Zeeman-birefringence dual-frequency laser are studied during the laser cavity tuning in three different kinds of optical feedback conditions: (i) only // -light is fed back; (ii) only ⊥-light is fed back; (iii) both lights are fed back.A compact displacement sensor is designed using the experimental result that there is a nearly 90 degrees phase delay between the two lights' cosine optical feedback signals when both lights are fed back into the laser cavity.The priority order that the two lights' intensity curves appear can be used for direction discrimination. The resolution of the displacement sensor is at least 79 nm, and the sensor can discriminate the target's moving direction easily.     

双频激光回馈位移测量研究

提出了一种基于双频激光回馈效应的位移测量系统，并在理论和实验两方面进行了研究.实验中对激光器输出功率变化进行了探测，同时对两正交偏振光的光强变化进行了探测.研究发现当被测物体移动时，激光器输出功率受到调制，物体每移动半个光波长时，回馈信号为调制深度相等的两峰，系统分辨率提高了一倍，达到四分之一光波长.当物体运动方向改变时，两正交偏振光的光强变化顺序也随之改变，可以实现物体位移方向的判断.理论分析及模拟结果与实验结果相符合.研究表明该位移传感系统具有结构简单、分辨率高、可判向、测量范围大、可工作于强回馈区等优点. 关键词： 激光回馈 位移传感 自混合干涉 双频激光器     

反射式光纤位移传感器应用设计实验

基于光的反射原理并结合光纤传感器的特点,设计了反射式光纤位移传感器应用设计性实验.利用反射式光纤传感器测量微小位移的原理,通过测量输出电压与位移的关系确定工作点,测得表面柤糙程度不同的真假钞的输出信号,从而实现对纸币的真假识别.     

线结构激光-机器视觉三角测量光路设计

给出了线结构激光 -机器视觉三角测量的通用光路计算公式。公式考虑了激光入射角、CCD面阵与光轴的各种变化情况 ,对激光机器视觉测量系统的光路结构设计有一定的指导意义。     

红外/激光双模共口径光学系统设计

针对未来导弹的发展趋势,提出一种红外/激光双模共口径光学系统设计方案,可用于获取目标的双模信息。分析了光学系统的基本参数,研究了双模共口径系统的设计思想,并进行了光学系统设计。所设计系统实现了长波红外和激光双波段的共口径成像。红外部分相对孔径1.27,光学系统传递函数接近于衍射限;激光部分相对孔径0.63,接近于理论极限,成像光斑能量分布均匀,线性区范围内光斑变化较小。     

高功率准分子激光系统光学设计

回顾并介绍了高功率准分子激光系统设计中需要综合考虑的两项主要技术——像传递技术和角多路技术。讨论了照明方式和激光振荡源的光束整形在激光系统成像光路设计中的重要作用,对多路放大技术及角多路放大技术形式进行了系统分析。多路激光非相干合束是角多路技术和成像技术对高功率准分子激光系统光学设计提出的特殊要求,在简要分析了透射阵列和反射式望远物镜两种实现多路激光合束的打靶光学系统基础上,提出了一种利用反射式打靶光学系统和一套光学延迟线阵列来同时实现角多路编码和解码的新型光路布局,给出了初步设计方案。     

大视场反射式激光扩束系统光学设计

激光扫描捕获系统通过对激光光源进行扩束变换,压缩光源的发散角度,可减少在远距离传输中的能量损失。为满足某通信实验需要,设计一种放大倍率为10倍,光源扫描视场为4840的小型扩束系统。系统要求在1 550 nm、1 064 nm、800 nm和632.8 nm激光波段,全视场范围内波像差RMS不大于0.1（=632.8 nm）,且无中心遮拦。通过计算初始结构参数,利用Zemax软件优化,采用4片反射式非球面进行设计,全系统体积约为9010060 mm3,波像差最大为0.095,满足系统尺寸和像质要求,整个系统光能透过率约为92%,满足透过率大于85%的设计要求。