迈克耳孙干涉仪条纹计数器的研制

设计了电路简单、可自动识别条纹移动方向的迈克耳孙干涉仪条纹计数器。该计数器仅用9个常见的分立元件即实现了对光信号的采集、放大、滤波、整形的功能,并有效地去除了计数过程中的干扰因素。输出信号经条纹移动方向识别电路后,送入可逆计数器能自动进行相应的加计数或减计数并显示。     

Real-time three-dimensional infrared imaging using fringe projection profilometry

Infrared thermography determines the surface temperature of an object or human body. It is a promising imaging technology for medical and biological observations due to its contactless and completely non- invasive properties. However, traditional two-dimensional （2D） infrared thermography cannot retain the spatial information, and thus provides only qualitative diagnosis information. A novel real-time three- dimensional （3D） infrared imaging system which takes full advantages of high-speed, high-quality, high- sensitivity, and low-cost in 3D thermograph is presented. We demonstrate the real-time 3D thermal imaging at the speed of 24 frmnes per second （fps）, with resolution of 640 ×480 points. Experimental results demonstrate quantitatively measurement of temperature distribution of 3D surfaces in real-time is realized with this system.     

Improving the precision of fluorescence lifetime measurement using a streak camera

Streak camera has high temporal resolution and high sensitivity, and is a powerful tool in biomedical study to measure fluorescence lifetime and perform fluorescence lifetime imaging. However, nonuniformity of the gain in the streak tube and nonlinearity of the sweeping speed limit the precision of fluorescence lifetime measurement, particularly when fluorescence lifetimes are short. We have constructed a two-photon excitation fluorescence lifetime measurement system that is based on a synchroscan streak camera and have developed accordingly a method to correct the effect of gain nonuniformity and nonlinearity of sweeping speed on the measurement precision. A continuous-wave laser of high stability is used to calibrate the gain of the streak camera, and a Fabry-Perot etalon is used to calibrate the nonlinearity of the sweeping speed. Fitting algorithms are used to correct the gain of the streak camera and nonlinearity of the sweeping speed respectively, which significantly improves the measurement precision of the system, as characterized through the fluorescence lifetime of the short-lived fluorescence dye, Rose Bengal. Experimental results show that the measurement fluctuation of the lifetime has been improved from more than 10% to 2% after correcting the effects of gain nonuniformity and sweeping speed nonlinearity.     

基于蛇形光路的PET探测器作用深度提取方法

为实现正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)探测器的作用深度(Depth Of Interaction,DOI)信息获取,本文提出一种基于分光技术的探测器设计方案.探测器采用晶体单元与硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)一对一耦合、蛇形光路的设计和单端Anger加权读出方法进行DOI解码.基于GATE软件进行蒙特卡罗模拟,建立8×1的LSO晶体阵列(单根晶体尺寸3.1×3.1×20mm3);模拟泛场照射获取位置查找表;并进行不同深度的模拟,获得各晶体在各深度的空间分辨率.结果显示所模拟的探测器模块DOI分辨率在1.0~6.7mm之间,平均值为3.2mm.本文提出的基于蛇形光路的PET探测器方案能在维持系统成本和复杂度的前提下实现DOI解码,提升PET系统的成像性能.     

一种多狭缝条纹变相管

设计了一种动态范围大、小型化条纹变相管,其时间分辨能力在2.6 ps左右,变相管的长度为196.532 mm,可以工作在单狭缝和多狭缝模式下,使得这种条纹变相管不但可以应用在激光核聚变、等粒子物理、激光技术、光生物、光化学等传统的超快诊断领域内,而且可以应用于海底探测以及空中预警等领域,可获得高速运动目标的三维空间+一维强度信息的探测.     

高功率微波沿面闪络击穿机制粒子模拟

针对高功率微波介质沿面闪络击穿物理过程,首先建立了理论模型,包括:动力学方程、粒子模拟算法、二次电子发射, 以及电子与气体分子蒙特卡罗碰撞模型、电子碰撞介质表面退吸附气体分子机制;其次,基于理论模型,编制了1D3V PIC-MCC程序,分别针对真空二次电子倍增、高气压体电离击穿和低气压面电离击穿过程,运用该程序仔细研究了电子和离子随时间演化关系、电子运动轨迹、电子及离子密度分布、空间电荷场时空分布、电子平均能量、碰撞电子平均能量、碰撞电子数目随时间演化关系、电子能量分布函数、平均二次电子发射率以及能量转换关系。研究结果表明:真空二次电子倍增引发的介质表面沉积功率只能达到入射微波功率1%左右的水平,不足以击穿;气体碰撞电离主导的高气压体电离击穿,是由低能电子（eV量级）数目指数增长到一定程度导致的,形成位置远离介质表面,形成时间为s量级;低气压下的介质沿面闪络击穿,是在二次电子倍增和气体碰撞电离共同作用下,由于数目持续增长的高能电子（keV量级）碰撞介质沿面导致沉积功率激增而引发的,形成位置贴近介质沿面,形成时间在ns量级。     

典型光流算法在条纹位移测量中的分辨力和测量范围

分析了Horn-Schunck全局光流算法和Lucas-Kanade局域光流算法在条纹位移测量中的分辨力和测量范围,结果表明:当Horn-Schunck算法的相对误差和Lucas-Kanade算法的相对误差小于2%时,两种算法的相位分辨力都能够达到10^-13π,对应像面上的位移分辨力为1.6×10^-12 pixel,两种算法在理论上与四步相移法的分辨力相当;在有噪声的情况下,两种算法的分辨力都达到了0.01π,对应像面上的位移分辨力为0.16 pixel;在相对误差小于2%、方均根误差小于3%时,Horn-Schunck算法和Lucas-Kanade算法的测量范围分别为0～17π/100和0～52π/100,分别约为0～π/6和0～π/2,并且测量范围受噪声的影响很小。     

掺铒光纤激光器自混合理论与微振动位移测量

利用线形掺铒光纤激光器搭建了一种新型光纤传感测量系统来测量微振动位移.采用条纹计数法分析自混合干涉信号,实验显示扬声器的振幅与驱动电压成很好的线性关系.该实验装置结构简单、成本低.实验结果表明,用该传感系统来进行振动位移测量,信号稳定,方法简单、迅速.     

紫外诱导荧光的土壤石油烃类污染物原位检测技术

石油烃类污染物进入土壤后会随着时间逐步迁移到土壤深层。传统的土壤石油烃检测方法因自身的局限性,无法及时快速地检测深层土壤中的石油烃质量分数。为快速检测深层土壤中的石油烃类污染物,提出了一种基于紫外诱导荧光的石油烃原位检测技术,利用280 nm的深紫外发光二极管（LED）作为激发光源、光电倍增管（PMT）作为信号检测器完成对土壤中石油烃质量分数的探测。实验结果表明,该检测技术能够实现对不同土壤类型（红壤、黄壤、黑土和湖底淤泥土）中各类机油（汽油机油、柴油机油和空压机油）的定量检测,检测结果的平均相对误差（RE）小于10.00%,平均相对标准偏差（RSD）小于4.00%,土壤中各类石油烃的检出限均小于136 mg/kg,完成单个样本测量仅需2.0 s。     

一种测试小分子迁移的新方法

针对高聚物材料中小分子的迁移现象,结合数字图像处理技术,提出了一种基于钠光和斐索等厚原理的光学干涉法.介绍了系统测试原理,针对光学系统的设计作了详细的分析与计算;通过实验测试,设计的光学系统能够采集到清晰的干涉条纹,且满足测试精度要求,由条纹间距随时间的变化测出了丙酮和乙醇小分子迁移时高聚物折射率的变化规律为:丙酮小分...