基于激光技术测量气炮中弹体的飞行速度

气炮是广泛用于研究物体撞击速度与破坏效应的一种动力学实验装置.针对传统测量气炮中弹体飞行速度方法存在的问题,提出新型激光测速方案.通过测量弹体遮挡不同测点激光束的时刻,计算弹体的飞行速度.根据该方案设计的测量系统做了仿真分析和标定实验,证明设计方案正确可行.目前,已研制成功并已应用于实际测量,极大地提高了测量的效率和准确度.     

利用TDC-GP21的高精度激光脉冲飞行时间测量技术

采用微小时间间距测量芯片TDC-GP21设计实现了高精度激光脉冲测距系统。详细论述了TDC-GP21的工作流程与外围电路,研究了光信号接收与放大电路,并对跨阻放大器理论进行了详细的理论论述与分析。同时,讨论了三角波定比延时脉冲时刻鉴别法,降低了系统对激光器回波信号幅度变化的要求。经实验测试获得了厘米量级的激光脉冲测距系统。系统结构简单,可实现程度高,精度高,功耗低,体积小,可以满足高精度距离测量需求。     

用气溶胶飞行时间质谱仪测量气溶胶粒子折射率

利用自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪（aerosol time-of-flight mass spectrometer, ATOFMS）对气溶胶粒子的折射率进行测量。首先利用ATOFMS对气溶胶粒子的粒径和光散射强度进行测量,然后由Mie散射理论结合ATOFMS光散射区域的几何结构,推算出光电倍增管（PMT）接收的理论光通量与气溶胶粒子的大小和折射率之间的函数关系。通过比较实验测量的气溶胶粒子光散射平均强度与Mie散射理论值,对粒子的折射率进行反演。与实际样品数据参数对比的结果表明该方法是可行的。     

基于FPGA的星载激光测高仪飞行时间测量

激光测高仪是通过测量激光脉冲的飞行时间来获得测高仪与测量目标之间的距离,因此激光飞行时间测量的准确性是衡量其系统能力的根本指标.研制了在星载激光测高系统中基于单芯片现场可编程门阵列(FPGA)的激光飞行时间测量模块.该模块采用高频计数法结合数字内插法的技术,且单片FPGA的使用提高了激光测高仪的距离分辨率、缩短了测量时间.同时大大简化了电路结构和系统体积,受外界环境干扰小,十分符合星载激光测高要求.最后通过地面检测,整个系统在500 km范围内一般条件下获得±50 cm的测高精度.     

利用激光脉冲飞行时间测量货车车厢体积

介绍了利用激光脉冲飞行时间测距技术测量货车车厢体积的技术方案。通过该方法,可以准确地把2~6轴货车的车厢体积从货车体积中分离出来并计算得到。通过所采用的三阶高度矩算法此算法来源于数字图像处理边缘检测中的三阶灰度矩,对于各种车轴的货车,都可以精确地去除车头和车底货架并计算出车厢体积,而且针对台阶状的6轴车,台阶点的位置和车厢体积也能准确地获得。此外,所介绍的货车截面数据翻摺拼合技术激光扫描测距仪的数量可以减少到2台。该测试方式已应用到货车厢体积测量的实际工程中,通过大量实际货车数据验证,它能很好地计算出货车厢的体积。     

微微秒时间分辨激光荧光光谱的测量

本文描述了一台用于测量时间分辨荧光光谱Ⅰ(λ,t)的时间相关单光子计数系统,使用微微秒激光脉冲作激发光源。系统的响应时间不大于50ps。可同步测量荧光寿命、时间积分光谱Ⅰ(λ)和两个时间门光谱Ⅰ(λ,t)。给出了从化合物的时间门光谱中获得各个荧光组份的光谱的方法。测量了激光染料溶液的上述参量,借助于这些溶液表证了该系统的特点。     

应用于激光飞行时间(TOF)测量的时间数码转换器芯片

高精度、高速、体积小、低功耗的定时器为激光飞行时间测量应用的关键部件.在单一程式逻辑芯片上成功制作具备上述优点且内含自我校准电路的完整时间数码转换器,使用最近提出的"分支式传递延时(PD)链"作时间内插,对不足计时周期的时段作细分计量.实验证实线性度达0.23%,比传统"单线式"PD链提高10倍,且其线性不受温度与电压影响.单发分辨率为1.459 ns,多发统计分辨率大约0.7 ns.本文也提出了分辨率提高到0.1 ns的方法.     

激光测高系统中基于GP1的飞行时间测量

激光测高仪是测量激光脉冲的飞行时间来获得测高仪与探测目标之间的距离,因此激光飞行时间测量的准确性是衡量其系统能力的根本指标.采用了一种专用的时间数字转换芯片设计了时间间隔测量模块,它采用延时线技术,测量频率快,时间分辨率高,受外界环境干扰小,完全适合激光测高的要求.在给出软硬件实现方法的同时,也给出了测量结果.     

激光冲击强化的冲击波幅值和飞行时间的测量

为了研究不同激光功率密度下空气中冲击波幅值和飞行时间分别与工件中冲击波幅值和残余压应力的变化关系,采用工件为45#钢、铝箔为吸收层、水为约束层、声发射传感器和聚偏氟乙烯压电膜传感器同时对空气和工件中的激光诱导等离子体冲击波进行测量。结果表明,随激光功率密度的增加,空气中冲击波飞行时间非线性的减少,空气和工件内冲击波幅值非线性的增加,工件中残余压应力值接近饱和。进行多项式拟合,获得了空气中冲击波幅值与工件内冲击波幅值、空气中冲击波飞行时间与工件内残余压应力的经验公式,为激光冲击强化质量评估提供一定的理论参考。     

激光测高仪中基于现场可编程门阵列的高精度飞行时间测量

设计了在激光测高系统中基于单芯片现场可编程门阵列(FPGA)的高精度时间间隔测量模块。该模块采用高频计数器实现粗时间测量,差分延时线内插技术完成细时间测量,时间分辨率为300 ps。该芯片同时还集成了时序切割电路、回波脉宽测量和数据传输模块等。在环境温度20℃时对该测量模块进行精度测试,获得标准偏差为94.68 ps,转换成距离为1.42 cm。最后通过地面检测,整个系统在500 km范围内的一般条件下可获得测高精度±50 cm。     

脉冲激光飞行时间测距误差补偿技术研究进展

近年来,脉冲激光飞行时间测距(TOFR)是激光测距领域的研究热点,在工业精密测量、机器人自主运动、无人飞行器控制等领域应用广泛.由于背景噪声、测量电路电学环境、回波脉冲上升时间等因素的影响,脉冲激光飞行时间测量通常存在一定的误差,从而引起测距精度降低的问题.首先介绍了脉冲激光TOFR技术的基本原理,分析了脉冲激光TOF...     

测量粒子场的红外激光同轴全息技术

采用同轴全息技术诊断粒子场时,粒子尺寸过小会影响再现粒子统计的精度,而粒子场分布密度过大会影响全息图像的记录质量.针对可见光同轴全息中出现的微小粒子分辨和光透过率弱等问题,提出采用红外激光进行粒子场诊断的方法.数值模拟了红外激光与绿光激光记录小粒子的情况,分析结果显示:红外激光将小粒子的再现像放大,信息光增强,有利于小粒子的记录;实验验证了红外激光透过高密度物场的能力明显高于绿光激光.从而表明采用红外激光同轴全息技术进行小尺寸、高密度粒子场的实验诊断具有一定的优势.     

半导体激光光谱的实时测量

本文描述了一种实时测量半导体激光光谱的新方法(简称ES法),特别适合于研究半导体激光器的纵模特性、热学特性、老化特性等等.     

基于TDC7201芯片的高精度激光脉冲飞行时间测量模块研究

设计了一种高精度、高线性度、轻小型激光脉冲飞行时间测量模块。结合TDC7201芯片在时间测量方面的优势,将其作为时间测量核心部分,并将STM32F103RET6微控制器作为主控芯片来控制整个模块的工作。实验结果表明,该模块在12 ns~100 μs时间间隔范围内的时间测量精度最高可达4.1 ps;测量结果的线性拟合相关系数为1,且能够测量激光脉冲主波与5个回波之间的时间间隔。该模块可满足基于硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier, SiPM)的脉冲式激光测距系统的高精度、高线性度、多回波、轻量化等实际应用需求。     

卫星姿态控制误差及飞行速度对星载激光测高仪测量精度的影响

建立了数学物理模型,理论分析了单光束垂直入射和多光束"品"字形入射时,卫星姿态控制误差及飞行速度对星载激光测高仪测量精度的影响,推导了测距误差的数学表达式,并进行数值模拟研究。文中以光束往返时间1/300 s为例,研究了为达到1 m测距精度,卫星姿态控制误差需满足的误差区间,并定性讨论了卫星飞行速度对测量精度的影响。研究结果说明:卫星姿态控制误差直接影响星载激光测高仪的测量精度,但随着斜入射光束方位的不同,俯仰误差与滚转误差对测距精度的影响程度会发生变化;若测距光束传播方向与卫星飞行速度有相同方向分量,则卫星飞行速度的影响必须加以考虑。     

尘埃粒子的半导体激光散射测量

以半导体激光为光源 ,建立了一个可以实时测量空气中尘埃粒子的尺寸与颗粒数浓度的光学系统。根据Mie散射理论 ,计算了该光学系统的光散射响应特性。实验结果表明 ,该系统具有高的计数准确度、计数效率和计数重复性 ,适用于洁净度检测和环境空气中尘埃粒子的粒径分布测量。     

冲击光谱的多通道时间分辨测量

利用光学多道分析仪（OMA）面阵CCD结构,采用光同步触发技术,建立了冲击波阵面时间分辨光谱测试系统,时间分辨20ns,并实际测量了冲击氩气的时间分辨光谱,结果表明,在冲击到12000K温度下,氩气有带状辐射光谱,没有观察到线谱,同步技术和时间分辨设计是研究的重点。     

源后脉冲聚焦技术应用于气溶胶激光飞行时间质谱仪

采用源后脉冲聚焦(PSPF)技术,极大地改善了气溶胶激光飞行时间质谱仪(ALTOFMS)系统的分辨率,在可聚焦的质量数范围内分辨率提高到原来的5.7倍.细致研究PSPF技术中的两个关键参数(脉冲电压延时和幅值),得到最佳的脉冲电压延时和幅值范围.采用多项式标定质量数,标定时的理沦相对误差为10-4～10-5.PSPF.ALTOFMS现已应用于在线实时检测空气气溶胶粒子.     

基于CPLD 的脉冲激光测距飞行时间测量

研制了基于CPLD的脉冲激光测距飞行时间测量系统。CPLD的使用提高了激光测距仪的精度，并且可灵活修改设计，使同一硬件系统可用于不同类型的脉冲激光测距仪的飞行时间测量。此系统结构简单，体积小，可靠性高，非常适合高性能手持式脉冲激光测距仪。