高精度激光三角位移测量系统误差分析

激光三角测量方法因其具有结构简单、非接触、信号处理便捷等特点而得到广泛应用。针对工程应用中提出的高精度、大工作距离的测量要求,从激光三角位移传感器结构、光斑定位不确定度和定标方法等方面进行分析,分别讨论了各个因素对于测量精度的影响,并提出了优化方案。经实验验证,该激光三角位移测量系统在110mm的工作距离下测量误差小于1.2μm,优于在同等工作条件下的商用激光三角位移传感器。     

A Method of Measuring the In Situ Seafloor Sound Speed using Two Receivers with WarDing Transformation

We present a method of measuring the in situ superficial seafloor sound speed by using two receivers deployed vertically in sediment, based on the dispersion characteristic of normal modes in shallow water. Warping transfor- mation is adopted to extract the first normal mode from the broadband propagation signals. Some experimental results which could validate the method are shown. One of the advantages of the method is that the seafloor sound speed can be solved directly from the relative vertical transmission loss of the first normal mode without the exact priori information of the environmental parameters such as the sound speed profile, the water-column depth and the source location.     

采用四象限探测器的光斑中心定位算法

为提高激光发射系统的监测精度,提出了一种基于四象限探测器的光斑中心定位算法,首先采用均匀分布的椭圆模型对光斑进行分析,根据四象限探测器工作原理,通过计算椭圆形光斑在四象限探测器上各对应区域所占面积进而推导光斑中心坐标表达式,然后采用解析几何的方法求取椭圆光斑的长轴与短轴,最后搭建四象限监测系统对算法进行实验验证;结果表明,所提算法能有效提高四象限探测器的光束监测精度,较传统方法精度提高21.3%。     

抑制大型折叠腔结构光斑抖动技术的研究

针对光腔镜盒的真空变形和振动对精密光学系统的影响,分析了传统刚性连接的光学调整架平台以及球关节连接结构在减振降噪设计的不足,从支撑和柔性密封连接的角度,设计了隔离振动和光腔镜盒真空变形的精密光学调整架平台,对应用于大型折叠腔的双层光学调整架平台的动力学特性进行ANSYS仿真,并完成了光斑抖动验证实验。结果显示框架式双层光学调整架平台的第一阶弹性体频率可达到126.5,172.3Hz,很好地满足折叠腔光学调整架平台的使用要求;应用在大型折叠腔,抽真空试验前后He-Ne导引光输出光斑位置无变化,形状变化很小,出光过程中输出抖动角均方根值为3.73″,隔离振动传递效果明显。     

无衍射光莫尔条纹的中心定位方法

无衍射光莫尔条纹被广泛应用在精密测量领域中，实现无衍射光莫尔条纹中心的精确定位是高精度测量的关键。通过对无衍射光莫尔条纹图像特征进行分析，提出了一种无衍射光莫尔条纹的中心定位方法。该方法首先根据光强分布特征，提取莫尔条纹图像中两光斑中心局部同心圆区域；然后进行局部同心圆环检测，确定初始圆心集；再对初始圆心集进行聚类分析确定两光斑中心的初始位置；最后删除异常点并迭代求取两光斑中心较精确的位置，实现无衍射光莫尔条纹两光斑中心的定位目的。理论和实验结果表明该方法能快速、准确地同时确定两光斑中心位置，且误差小于1 pixel。     

提高PIV片光源质量的研究

根据高斯光束的性质,本文设计了一种利用普通连续激光器产生较高质量PIV片光源的光路系统。整个光路分为两部分,第一部分为原始光束优化光路,第二部分为片光分光光路。原始光束优化光路通过一系列凸凹透镜有序布置,将原来直径大于2mm的光斑在PIV实验区间控制到1mm以下。优化光路能有效集中激光能量,提高片光亮度。片光分光光路使用鲍威尔棱镜将激光光束分为扇形片光,再用平凸柱面镜将扇形片光汇聚为矩形片光。鲍威尔棱镜分得片光的能量在宽度方向分布较常规双凹柱面镜均匀。平凸柱面镜将扇形光源中分散在极宽区域的能量集中在固定宽度里,使得激光能量的有效利用率提高,有利于PIV实验。     

光纤微透镜侧面镀膜方法和应用的研究

研究了采用光纤微透镜作为半导体激光器光斑快轴压缩透镜的方法.通过在光纤的两个对称侧弧面镀制增透膜,减少了光纤微透镜对光的反射,其反射率由原来的4;降低到0.3;以下,有效的避免了形成激光器的腔外腔,进而消除了因半导体激光器快轴压缩造成波长谱线侧峰的形成.研究结果表明,在光纤透镜的部分弧面镀膜是可行的,弧面镀膜部分可以减少对半导体激光器发光的反射,达到增透的目的,非常有利用于半导体激光器的输出光斑整形.     

基于光斑跟踪器的脉冲峰值保持电路的实现

针对激光光斑跟踪器接收信号处理系统中常规A/D采样电路对脉冲电压峰值采集的技术要求,设计了一种脉冲峰值保持电路。通过对该峰值保持电路的各项指标进行理论分析,采用宽带宽跨导放大器MAX436设计该峰值保持电路,并对该电路进行了仿真分析与实验研究,得到满足参数指标设计要求的实验结果:对于脉宽50 ns的激光脉冲信号,在输入信号幅度大于100 mV时,峰值保持电路的响应速度2 ns,下垂速率6.0 mV/s,保持精度1.1%。     

基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1 像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1 像素。