基于光电检测技术棉花成熟度快速评估方法的研究

棉纤维成熟度及细度参量是影响纺织加工质量的一个重要指标,目前采用的间接测量方法不能准确评价棉纤维的品质质量.本文利用夫琅和费衍射光学方法,线阵CCD探测棉纤维衍射光信号,经小波分析去噪,根据明暗条纹分布计算获得待测棉纤维细度.在实验室恒温（23℃）、恒湿（45%）环境下,对8个品种不同成熟度等级的棉花进行了测量,同显微镜测量结果相比较,结果表明两种方法有很好的相关性,相关系数为0.956,均方差为0.332.因此基于光电检测技术方法能够实现实验室中棉纤维成熟度快速检测,为实际生产中棉花成熟度直接、快速的光电检测提供了理论研究基础.     

20 Hz~10 kHz光纤水听器相移灵敏度校准

利用相位生成载波解调技术精确测量光纤水听器的光相移量,在20 Hz~10 kHz频率范围实现了光纤水听器探头相移灵敏度的校准.20 Hz~1.25 kHz频段采用驻波管比较法进行校准,1.25 kHz~10 kHz频段采用自由场脉冲比较法进行校准.利用本文建立的校准系统,对TMD 35#光纤水听器的相移灵敏度进行校准,校准结果表明,两种方法测得的相移灵敏度具有很好的一致性,在1.25 kHz频率点的相移灵敏度值偏差为0.8 dB.不确定度分析表明,该校准系统的扩展不确定度(k=2)为0.9 dB.     

Creep deformation measurement using quartz optical fiber

This paper describes an optical system for high temperature creep strain measurement using quartz optical fiber, super long working distance microscope and digital image processing techniques. In this system one end of the quartz optical fibers is arrayed in a small area on the specimen surface and the other end is illuminated by a laser beam. The fiber ends on the specimen surface form the spot array. The small optical spots on the specimen are tracked by a CCD camera and the images are processed by digital image processing software. The diameter of each quartz fiber is 100 μm and the fibers can be arrayed in a small area. The local strains are determined by measuring the variety of relative distance between two spots. Experimental results of local creep strain on the welding joints of 15CrMo and HK40 at 850°C are obtained.     

一种基于双波长的光声测温技术

光声测温是一种利用光声效应来进行温度监控的新方法,具有非侵入式、高灵敏度和探测深度较深等优点.但现有的单波长光声测温方法极易受到系统及测量环境干扰而导致测量精度降低.为了解决这一问题,本文提出了一种双波长光声温度测量方法.在光声测温理论的基础上,分析推导了双波长光声测温的基本原理,并进行了仿体及离体组织样品的双波长光声测温实验.实验结果显示,与传统单波长模式相比,双波长模式下的光声温度测量误差明显减小,测量精度平均提高35%以上.研究结果表明双波长光声测温方法能够有效提高光声温度测量的精度和稳定性,可作为一种更精准的光声温度监控方法应用于医疗手术等领域.     

基于光谱线性频移的粮仓温度网络监测系统的研究

为了精确、稳定地获得粮仓内大范围的温度分布,设计了光纤布拉格光栅测温系统。利用光纤布拉格光栅所测温度与中心波长之间存在线性的关系,根据光谱线性频移函数获得仓内各位置的精确温度。其中每个光栅的工作波长相互分开,经3 dB的耦合器反射后,再用波长探测解调系统对多个光栅的线性频移进行测量,即可检测出仓内各处的温度。实验采用FBG封装的光纤、LPT-101型光源、放大处理电路等设备获得采集得到的温度信息。通过Origin软件画出了被测温度与波长频移的关系图,同时与传统的测量方法K型热电偶的测量数据进行比较。实验结果显示,光纤布拉格光栅测得温度与标准温度更接近,且抗干扰能力更强,满足粮仓内大范围温度监测的要求。     

基于啁啾光纤光栅的粮仓测温网络研究

为了解决传统光纤光栅测温系统中单根光纤上带光纤光栅探头数量少、回波光强弱以及复用能力差的问题,设计研究了基于啁啾光纤光栅的测温系统。通过啁啾调制技术提高了回波光的带宽,从而增强了信号的可处理性并大大提高了带探测点位的数量。推导了啁啾调制的光栅周期表达式,给出了调制方法及波长范围。实验采用LPT-102型宽带光源与F-P光纤解调仪等,调制带宽为1 535.0～1 555.0 nm,并结合WR-201型温度传感器作标定。对20～60 ℃范围内每1 ℃改变进行测试,实验结果显示,传统光纤光栅探头与啁啾光纤光栅探头的测试温度误差相近,都符合设计要求。相比而言,啁啾FBG的测试数据对应的波长偏移具有较为明显的单调线性的特征,即数据稳定性更高,同时,采用啁啾FBG的系统带光纤光栅探头数量明显优于传统光纤光栅测温系统。由此可知,本系统在不增加光纤个数及不降低温度测试精度的基础上,实现了大幅提高带探测点位数量的设计要求。     

改进的合肥光源逐束团流强测量方案

 对于多束团运行的储存环,逐束团流强的测量是研究注入填充和束流不稳定性阈值等的重要内容。介绍了加速器常用的一些逐束团监测手段,在此基础上,利用HLS（Hefei Light Source）现有的逐束团测量设备,并配合相应前端信号处理电路,进行了HLS储存环逐束团流强测量。实验线路方面,在传统的高频频率倍频信号检波的基础上,尝试了新的与同步方波信号检波的方法。分别在多束团和单束团情况下对HLS的束团流强进行了连续检测实验,对实验结果进行线性拟合,得到了定标结果,结果表明系统的1阶线性拟合标准偏差均在1%左右;最后对其中非线性部分的物理本质进行了解释。     

基于小波滤波的低场NMR纤维上油率检测新方法

针对目前低场核磁共振纤维上油率检测存在的问题,提出了一种基于小波变换的纤维上油率检测新方法. 首先,用低场核磁共振采集标准纤维自由感应衰减信号进行线性拟合得到定标曲线;然后,用测试纤维采集多组叠加次数不同的核磁共振信号,并分别进行小波软阈值滤波;最后,将滤波后的多组结果代入定标曲线计算纤维的上油率. 检测结果和实际应用表明小波软阈值滤波可有效去除纤维FID信号中的噪声并大幅缩短检测时间. 此方法可为低场核磁共振纤维上油率快速、准确检测奠定基础.     

Roll angle measurement based on common path compensation principle

We propose a novel and compact roll angle displacement measurement method based on collimated laser position measurement and the common path compensation principle. The principles of the roll angle displacement measurement and the common path compensation are analyzed. The feasibility of the measurement method is verified, and the experimental results revealed a linear correlation coefficient of 0.99995 between the relative displacement of the measuring beam spot and the angular displacement. Furthermore, the theoretical measurement resolution is 0.013  arcsec. To test the performance of the compensation, a series of experiments, including one system stability experiment and two different environmental interference experiments, were performed. The experimental results indicated that the standard deviations of the measuring beam spot’s angular drift were improved by 82.6–87.2%. Thus, the stability of the system and the measurement resolution were improved.     

近红外漫反射光谱法快速测定天然纤维素清洁浆料α-纤维素含量

针对天然纤维素清洁制浆新型连续生产工艺,提出了采用近红外漫反射光谱测定天然纤维素(棉、木浆粕)清洁浆料中α-纤维素含量。收集了142个天然纤维素清洁浆料样品,采用GB/T 9107—1999方法(化学分析方法)测定其α-纤维素含量。通过粉碎预处理提高样品的均匀性,继而压入旋转杯采集光谱。采用簇类独立软模式(SIMCA)方法建立了有效的棉浆粕和木浆粕的分类模型,模型识别率达到100%。基于偏最小二乘(PLS)法分别建立的全部样品以及分类棉、木浆粕的α-纤维素含量定量校正模型相关系数分别为0.954,0.911和0.839,SEP分别为2.4%,1.2%和1.6%,模型预测精密度与GB方法的允差接近,表明该方法是可行的,且操作简单,分析速度快,对提高天然纤维素清洁浆料α-纤维素含量分析效率和指导其连续生产具有积极意义。     

圆形阵列光电探测系统双目标识别方法

针对双弹丸同时着靶情况下的立靶坐标测量问题,提出一种圆形阵列光电探测系统的双目标识别方法.采用光电探测器件组成1个圆形的探测阵列,并将3个发光角度均为60°的扇形一字线激光器均匀设置于圆形探测阵列上组成探测光幕.当2发弹丸同时穿过探测光幕时,会在圆形探测阵列上产生6个弹丸投影,通过信号处理电路识别6个弹丸投影的中心位置...     

数字全息成像技术测量侧边抛磨光纤包层剩余厚度

测量侧边抛磨光纤（side polished fiber,SPF）的包层剩余厚度对其应用有重要的指导意义,现今的测量方法均有所不足,现提出一种基于数字全息技术的测量方法。利用单模光纤纤芯折射率比包层折射率高的特点,基于数字全息成像技术,通过角谱传播法对二维全息图进行相位重构,并通过精确最小二乘法解相位包裹,得到侧边抛磨光纤的相位分布图。根据重构的相位分布图,进一步运用相关的边缘提取算法处理得到侧边抛磨光纤包层剩余厚度。实验测量结果与电子扫描电镜（SEM）测量结果相比,测量相对误差小于0.5%。这种测量方法是一种直接测量方法,减小了间接测量法中由于光纤不对称以及SPF轮廓边缘衍射所带来的测量误差,为侧边抛磨光纤包层剩余厚度的无损、在线测量提供了一种新的途径。同时,此方法还可应用于测量其他特种光纤,例如光子晶体光纤、微纳光纤等。     

等间距线性数据的标准偏差

对大学物理实验中两种不同类型的等间距线性数据进行了区分。第一类线性数据中,等权独立的误差来源于对每一位置的测量而与其它位置的测量无关,应该把每一测量点对最佳直线的偏离作为研究对象,其它参量的标准偏差应该从该对象的标准偏差为出发点求得;第二类线性数据等权独立的误差来源于每一次测量过程的增加量,应该把每一次测量的增加量同最佳增加量的偏离作为研究对象,其它参量的标准偏差应该从此对象的标准偏差为出发点求得。针对这两类数据,分别按照算术平均值法、逐差法和最小二乘法的原则进行处理,给出了符合其数据类型对象的最佳斜率表达式和它们的标准偏差表达式.给出了它们的比较:第一类线性数据的最小二乘法处理的最佳斜率的标准偏差最小;第二类线性数据的算术平均值处理给出的标准偏差最小。     

荧光寿命的快速傅里叶变换拟合方法

介绍了一种利用快速傅里叶变换算法对稀土掺杂物质的荧光寿命进行数据拟合的方法。稀土掺杂物质可用来制备多种光学传感器,用于温度、pH值等多种参量测量领域。本方法利用快速傅里叶变换(FFT)结果作为基础,从非零项的相位角的正切值得出被测的荧光寿命,具有速度快、误差小、不受本底干扰等一系列优点。以掺铒光纤为例,通过数字仿真将本方法与其它几种传统的拟合方法进行了比较。快速傅里叶变换方法的测量偏差不到Prony方法的50％,为对数似合(log-fit)方法测量偏差的1／6。另外,快速傅里叶变换方法由于不受本底噪声影响,可以不必在信号处理时去掉本底噪声,因而可以明显缩短测量时间。     

可同时测量蔗糖浓度和温度的组合光纤光栅传感器

为了实现蔗糖溶液浓度与温度的同步精确测量,采用组合式光纤光栅,通过线性折射率分区,构成相应的系数矩阵。首先,基于模式耦合理论,采用光纤布拉格光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPBG）形成组合式光纤光栅,实现了双参数测量的光学传感器。此组合式光纤光栅结构中,FBG响应温度测量,LPFG同时响应蔗糖溶液浓度和温度测量。然后,在两个线性折射率范围,即1.33~1.42和1.42~1.44中,校正温度和蔗糖溶液浓度的相关系数。最后,构成两个敏感系数矩阵,来讨论蔗糖溶液浓度和温度同时测量的方法。实验结果表明：蔗糖溶液浓度测量灵敏度达到-213.5 pm/RIU,温度测量灵敏度达到117.9 pm/K。因此,组合式光纤光栅传感器作为光化学传感器具有高灵敏度的特性。     

Dynamic strain monitoring by wavelength locking between two fiber Bragg gratings fiber sensing system

We demonstrated a fiber sensing system using the method of wavelength locking of two identical fibers Bragg gratings (FBG) to interrogate the wavelength shift by directly measuring the intensity of the reflection from the sensing Bragg grating. The light source of the fiber sensing system is an EDFA fiber ring laser pumped by a 980 nm laser diode and a narrow bandwidth fiber Bragg grating for the filter of the ring laser resonator. The wavelength shift is converted to the intensity deviation of the reflection from the sensing FBG under strain variation, and is able to achieve real-time sensing of the dynamic strain sensing in civil engineering. The characteristics and key factors to maintain stability of the dynamic strain sensing system are discussed.     

Hall传感器的标定装置及相关标定实验研究

Hall传感器是加速器磁铁磁场测量必不可少的工具之一。为保证Hall传感器能够完成高精度的测量,在实际使用过程中,需要对其进行周期性标定。除此以外,当前加速器磁体的测试任务对Hall传感器的测量范围及工作温度提出了新的需求,因此建立一套标准的大跨度磁场及温度范围的Hall传感器标定系统具有非常重要的现实意义。基于此,搭建了一套完整的高精度Hall传感器标定系统并着重论述了其中的数据采集部分。目前基于该系统开展了一系列0～2.0 T磁场区(HHP-NP、HPCS、DTM151、HE244T等Hall传感器)下的标定尝试,标定曲线采用线性、多项式等不同方式拟合,结果表明拟合结果良好,线性偏离程度(测试结果线性偏离程度越小,精度越好)最优情况下好于0.01%。     

一种基于图像处理保偏双尾纤装配精度的检测方法

双尾纤相对位置的装配精度直接影响保偏双光纤准直器的保偏性能。研究和分析了双尾纤的装配精度对保偏准直器保偏性能的影响,并指出双尾纤端面"猫眼"的垂直度是主要影响因素。提出了一种保偏双尾纤装配精度的检测方法,检测系统主要由CCD摄像机、显微镜、图像采集卡和VC开发的检测处理软件等构成。还对系统中保偏双尾纤端面图像获取及图像预处理、检测光心"猫眼"坐标位置所采用的算法及"猫眼"垂直度的检测模型进行阐述,该系统检测精度优于0.5°。     

光纤喇曼增益系数的简捷测量

基于小信号开关增益原理,采用抽运光-探测波法,利用SLD(超辐射激光二极管)作为宽带小信号探测光源,快速测量出了标准单模光纤(G.652)的频移为0.5～20 THz内的喇曼增益系数,测量结果和文献中已有的值基本吻合,所测得的光纤喇曼增益系数可用于光纤喇曼放大器的理论和实验研究,该方法同样可以对其他类型光纤的喇曼增益系数进行测量.     

基于反射法的光纤位移 振动传感器优化设计

采用非相干光作为光源,以平面镜为反射面,对光纤位移 振动传感器的性能进行研究。推导出光纤输出功率与测量距离的解析表达式,并详细探讨了不同光纤半径、光纤数值孔径、发射光纤和接收光纤间距、发射光纤和接收光纤轴线夹角下输出功率比与测量距离之间的内禀关系。仿真结果表明:光纤半径越小,光纤间距越大,可以测试的距离范围越小;光纤数值孔径、光纤轴线夹角越小,可以测试的距离范围越小。通过分析不同情况下,输出功率比随测量距离变化的关系,可以在实际工程应用中根据测量需要选择设计合适的传感器。此外,还对测量误差进行了分析,得到光纤轴线夹角越小,测量距离的范围越大,误差率越小,当光纤轴线夹角为0.25时,误差率约为1%。