光斑强度对光电位敏探测器测量准确度的影响

根据位敏探测器的理想定位模型及其信号处理方式,建立了位敏探测器位移测量误差的数学模型,以获得高准确度的位移测量.所建模型显示系统的测量误差随光斑强度增大而减小,随电噪音增大而增大.为了验证理论模型的正确性,以单颗红外发光二级管作为靶标光源,用枕型位敏探测器及其测试电路板在暗室中搭建了实验系统,分别在9组不同光斑强度下对21个位置点进行位移测量实验,相邻两位置点的间距为0.3mm.使用MATLAB的CFTOOL工具对每组测得位移值进行拟合,以均方根误差作为准确度的评价指标,结果表明:位移实验的准确度值与模型计算的准确度值基本符合,准确度随光斑强度变化的趋势完全一致.     

激光位置探测器的角位移测量精度分析

作为激光光斑位置探测器,象限探测器和位敏探测器被广泛应用于激光光斑跟踪、监控、位置检测和定位等领域。对这两种探测器的角位置测量精度进行了探讨,分析了影响精度的主要噪声源,推导出两者的角位移精度表达式,并通过计算进行了模拟。结果显示,两者的测量精度决定于信号的信噪比,且随作用距离的增加而降低;象限探测器的角位移测量精度明显高于位敏探测器。在忽略背景光噪声的情况下,象限探测器的精度约为位敏探测器的40倍。     

弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的性能优化分析

测量设备无关量子密钥分发系统能够抵御任何针对单光子探测器边信道的攻击, 进一步结合诱惑态的方案, 可以同时规避准单光子源引起的实际安全漏洞. 测量设备无关量子密钥分发系统中, 非对称传输、分束器的不对称以及各个单光子探测器存在实际参数差异等光学系统的具体实现特征会对系统误码率和成码率等性能产生一定的影响. 本文针对采用弱相干光源的测量设备无关量子密钥分发系统, 引入单光子探测器品质因子的实验参数(暗计数与探测效率的比值), 通过量子化描述, 理论推导并模拟了误码率与单光子探测器品质因子、分束器反射率以及通信双方弱相干光源平均光子数之间的关系. 结果表明: 在X基偏振编码 和相位编码系统中, 当分束器的反射率趋近于0.5时, 误码率取最小值; 在偏振编码和相位编码系统中, 误码率随着单光子探测器品质因子的增大而增大; 在Z基偏振编码系统中, 误码率随分束器的反射率的变化会呈现较小的波动, 当分束器的反射率为0.5时, 若通信双方采用的平均光子数相差较大, 则误码率取最大值; 分束器的反射率和平均光子数对误码率的影响在Z基情况下不能等同, 但是对于X基编码和相位编码却能等同.     

集成光学电场探头测量HEMP的系统误差分析

讨论了集成光学电场探头测量高空电磁脉冲(HEMP)的系统误差。根据探测器传输函数和HEMP的表达式得出了误差方程。并通过对HEMP表达式的特征分析,对误差方程进行了简化。通过方程的求解,分析了探测器和HEMP波形的各项参数对测量结果的影响。结果表明:误差随着双指数波幅值、半宽/前沿和探测器工作点漂移的增大而增大;探测器的5%和10%系统测量误差对应的最大测量幅值分别为半波电场的0.165倍和0.23倍。该结论可为此类探测器的使用提供参考。     

立体视觉测量系统标定误差补偿

双目视觉测量系统利用三角测量法原理进行三维测量,其结构特性决定了测量误差随测量距离的增加而增大。针对测量误差的分布规律,该文提出基于局部视场的双目视觉测量系统优化方法。利用外在结构建立测量坐标系,减小标定和测量过程信息非一致性引入的系统误差;利用相机参数之间的耦合作用补偿系统固有参数标定误差并建立查找表,建立关于标定参数的虚拟映射。模拟实验最大误差小于0.03 mm,系统实验误差小于0.3%,实验表明优化后系统主要测量误差来源于探测器离散化引入的随机误差,双目视觉测量系统达到理论测量精度。     

光电探测器安装误差对差动相位探测信号的影响

光电探测器(PDIC)的安装误差导致光学头的光学轴心与光电探测器的中心不重合。在光盘标量衍射模型的基础上,引入光电探测器的位置误差参数,根据DVD-ROM的盘片参数,计算并分析了位置误差对差动相位探测(DPD)信号的影响。计算结果表明:沿盘片切向的位置误差使DPD的幅值变小,在25%的范围内DPD的幅值随切向位置误差的变化系数为1.52T;沿盘片径向的位置误差使DPD产生直流偏置,在50%的范围内DPD直流偏置随径向位置误差的变化系数为3.8T。     

基于傅里叶频谱分析的相位测量轮廓术系统Gamma非线性校正方法

数字投影和成像系统的Gamma非线性效应是导致相位测量轮廓术（PMP）测量误差的重要原因。目前大多采用多帧条纹图进行Gamma校正,使测量的实时性受到限制。提出了一种Gamma校正方法,利用正交光栅像的傅里叶频谱分布计算Gamma值,再根据此Gamma值对投影相移条纹进行Gamma逆变换,实现投影条纹输入值的提前校正,以获取具有良好正弦性的结构条纹,从而降低PMP相位测量误差。校正过程中只需一帧条纹图,而且考虑了测量系统的离焦效应。实验证实了该方法的有效性和正确性。     

252Cf源驱动噪声分析核材料富集度判别方法

针对探测器通道和待测核材料探测通道之间相对几何位置与待测核材料富集度变化之间的相互关系问题,开展了基于探测通道间协方差幅值进行核材料富集度判别的研究工作。实验中,选取富集度分别为85.15%,90.15%和93.15%的235U核材料,模拟研究了多个位置不同的探测通道所得到的协方差运算结果。研究结果表明:随着235U核材料富集度的增加,互相关的幅值也随之增大并与国外文献结果相吻合,率先在国内证明了基于探测器相对几何位置变化的探测通道互相关幅值可以推断核材料富集度的可行性。     

分振幅型全Stokes同时偏振成像系统波片相位延迟误差分析

分振幅型全Stokes同时偏振成像仪具有实时性好、空间分辨率高、精度高等优点,有很高的应用价值.分振幅型全Stokes同时偏振成像系统利用偏振分束器、1/2波片和1/4波片将入射光Stokes矢量调制在4幅图像中,可解析入射光Stokes矢量. 1/2波片和1/4波片的相位延迟误差对Stokes矢量测量精度有着不可忽略的影响.建立了包含上述两种误差的Stokes矢量测量误差方程,分析了1/2波片和1/4波片相位延迟耦合误差对自然光、0°/45°线偏光、左旋圆偏光等典型基态入射光的Stokes矢量测量误差的影响,推导了任意偏振态的Stokes矢量测量误差的表征方法.在邦加球球面和球内选取不同偏振度的Stokes矢量作为入射光进行仿真.结果表明, Stokes矢量测量误差和偏振度测量误差均随着入射光偏振度的增大而增大.选取入射光偏振度为1时的偏振测量精度评估系统.为满足2%的偏振测量精度, 1/2波片相位延迟误差应在±1.6°内, 1/4波片相位延迟误差应在±0.5°内.这对提高系统的偏振测量精度具有重要意义,为系统设计和研制提供了重要的理论指导.     

正弦条码在远距高程定位中的应用

研究了正弦条码利用相位对位移进行编解码的原理及其在远距高程定位中的应用。基于单正弦条码,分析了条码宽度幅值、数字频率及成像个数对傅里叶法求解相位误差范围的影响,指出双正弦条码和三正弦条码相对于单正弦条码的实用性,并给出相应定位算法流程图。在成像器件与标尺成不同距离时利用三正弦条码尺进行距离和高度测量,结果表明,测量精度随距离增大而降低,距离为最小约39m和最大约62m时,距离测量精度分别为2mm和27mm;高度测量精度分别为0.03mm和0.07mm。     

CCD测量误差的研究

为了提高CCD的测量精度,对CCD的测量误差进行了深入分析。以单CCD和双CCD错排,对直径为5.000mm、8.000mm、12.000mm的三个标准杆件直径的测量数据为基础,对CCD测量误差的大小及其影响因素展开研究,重点对测量误差、像素间距间的关系进行了深入分析。对N个像素间距为H的CCD错排进行测量,其最大误差减小为H/N,当被测对象大小刚好是像素间距的整数倍时,测量值以很高的机率靠近真实值,检测零件尺寸时,在极值处分别设置一列CCD像素,调整零件极值刚好位于CCD两相邻像素的中间,能准确地判别零件的合格性。     

基于数值模拟的高准确度五步相移算法研究

传统五步算法具有很好的准确度,但必须满足测量中无法实现的等步长相移条件,这在实际测量中无法使用。为此在双光束干涉原理的基础上,提出了一种改进型的五步算法,实现了在10 nm范围内任意步长的算法高准确度。通过数值模拟,结果表明:对于1 nm的步长测量误差、0.1%的信号测量误差,改进型五步算法的算法准确度优于0.001个相位周期,而且不需要等步长相移控制。改进型五步算法不仅技术上更易于实现,其结果也更加可靠,对于指导精密测长的实验和研究工作具有十分重要的意义。     

一种提高干涉相位识别精度的方法

针对开环相移驱动下的单色光干涉测量,提出一种满足四步法的高精度相位识别的方法。首先选取干涉场中存在适当相位差的两像素点,建立相移驱动单周期内两像素点灰度序列值之间的干涉方程组。运用椭圆拟合获取相应干涉方程组参数,然后通过反算序列相位确定逐点驱动步长或序列相位信息。结合序列相位信息,运用Lagrange抛物插值算法,设计计算满足四步法的4幅干涉图,并计算各像素点的初相位。最后,运用多波长算法计算表面形貌并进行误差分析。实验表明:计算得到的方波多刻线样板的Ra值为0.439 0 m,测量误差为0.23%,此方法降低了对测量条件的硬件与环境要求,满足表面形貌高精度测量的要求。     

小波变换轮廓术中用小波脊系数幅值引导相位展开的研究

为了减少小波变换轮廓术中相位展开过程的误差传递,从小波变换的相关实质出发,提出了在小波变换轮廓术中利用以前被忽略的小波脊系数幅值作为可靠度判据指导相位展开的方法.该方法选择最大幅值的小波脊系数所在位置作为相位展开起始点,根据小波脊系数幅值的大小,确定一条由大幅值到小幅值的最优化的展开路径,最大限度减少了相位展开过程中的误差传递.由于充分利用了小波变换系数的幅值信息,最大限度减小了相位展开过程中的误差传递.计算机模拟和实验验证了基于小波脊系数幅值的相位展开方法的正确性.     

频差偏差对全视场外差测量精度的影响

根据全视场外差测量的相关理论,推导了频差偏差与仪器测量精度的相互关系.分析了频差大小、频差偏差、采集初始时间、初始相位、采样频率和采样周期数等相关参数对测量精度的影响.研究结果可以作为全视场外差测量设备设计、参数选取的理论依据;并给出了通过合理选择采样时间和采样帧数提高测量精度的一种方法.     

HL-2A 装置低杂波鉴相器标定与实验研究

用低杂波鉴相器对相位测量系统各通道经进行了相位校准,得到了各通道的相位电压关系曲线,并进行了线性拟合,线性拟合误差小于3°;推导出了相位电压关系表达式,与校准得到的相位电压曲线相比平均误差小于0.7°。该系统已成功用于HL-2A 装置低杂波实验,对4 支速调管的输出相位进行了测量,并得到了放电过程中相位随阴极高压波动的曲线,得出了阴极电压波动2.2%引起相位波动13.8°的结论。     

四象限红外光电探测器噪声检测技术研究

分析了红外探测器的噪声组成与形成原因,针对多元探测器的特点,设计了低噪声多路切换开关电路,实现了噪声等效功率NEP的自动化测量,消除了电路中其他器件引入的噪声干扰。实验结果表明,本测量系统不仅具有较低的测量误差(≤2%),并且可以用于其他多元探测器的噪声检测。     

3D shape from phase errors by using binary fringe with multi-step phase-shift technique

A three-dimensional shape measurement method is presented, which is a uniaxial measurement by measuring phase errors instead of the well-known phase, modulation or contrast. A sequence of exposures are captured by using a multi-step phase-shift technique with the binary fringes. Then the high-accuracy phases can be obtained by using all the exposures, meanwhile, a set of low-accuracy phases can be calculated by dividing those exposures into a set of four-step phase-shift measurements. For each pixel there will be a set of phase errors by subtracting low-accuracy phases from the high-accuracy ones. And the weighted phase error of every pixel can be calculated. Meanwhile the phase error caused by the improperly defocused binary fringes has a unique relationship with the depth z. Therefore, the 3D information of every pixel can be obtained by analyzing the phase errors. It will be promising for a uniaxial measurement, such as deep holes.     

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用低杂波鉴相器对相位测量系统各通道经进行了相位校准,得到了各通道的相位电压关系曲线,并进行了线性拟合,线性拟合误差小于3°;推导出了相位电压关系表达式,与校准得到的相位电压曲线相比平均误差小于0.7°。该系统已成功用于HL-2A装置低杂波实验,对4支速调管的输出相位进行了测量,并得到了放电过程中相位随阴极高压波动的曲线,得出了阴极电压波动2.2%引起相位波动13.8°的结论。     

基于多光束干涉原理的相移算法研究

针对多光束干涉原理的相移算法包括算法误差及步长优化等问题，以菲索干涉仪精密测长为 应用背景进行了研究.利用干涉光学的基本原理导出了在多束光干涉(经光学面多次反射、透 射)的情况下干涉光强随相位分布的精确公式；在此基础上，通过数值分析的方法得出了利 用菲索干涉仪精密测长的相移步长的优化取值范围和干涉光束最佳初相位差的范围；对余弦 依赖算法所引起的光强误差分别就四步法、五步法得出了不同的依赖关系；并对多光束干涉 算法中几种主要的误差来源进行了不确定度评估. 关键词： 相移算法 多光束干涉 精密测长 不确定度