可编程光栅数显系统分析与研制

本文介绍一种以8749单片机为核心，采用透射型光栅，双通道位移测试方法，结合高倍频，多接口电路和短周期CPU数据处理等设计制造的一种高精度高速度长度智能化测量仪。     

计算机监控FBG-ECLD乙炔吸收稳频技术

报道了基于计算机监控的光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECLD)乙炔吸收稳频,设计了计算机信号监测和设备控制的平台,实现了在计算机界面上对信号的监测和对稳频控制设备的控制。系统将光纤光栅外腔半导体激光器的输出光频率稳定在乙炔的一个吸收峰上,稳定度达到10-8量级。     

用频率调制法高倍细分光栅信号的新方案

本方案采用光栅信号调制一高频载波，用锁相倍频器对带有光栅位置信息的已调波脉冲串进行倍频，然后在脉冲同步对顶减法器中减去载波频率的倍频，即可将得到的光栅倍频信号输入数显系统进行位置显示。本方案既可显示光栅静态位置，又可显示光栅运动的实时位置，适用于长光栅和圆光栅的信号细分。     

宽波段全息-离子束刻蚀光栅的设计及工艺

设计和制作了一种在同一基底上具有多闪耀角的宽波段全息-离子束刻蚀光栅。提出了组合形成宽波段全息-离子束刻蚀光栅的分区设计方法,优化了3种闪耀角混合的宽波段全息光栅设计参数,并利用反应离子束刻蚀装置对该光刻胶掩模进行刻蚀图形转移,采用分段、分步离子束刻蚀技术开展了获得不同闪耀角的离子束刻蚀实验。最后在同一光栅基底上分区制作了位相相同,并具有9,18,29°3个不同闪耀角,口径为60mm×60mm,使用波段为200~900nm的宽波段全息光栅。衍射效率测试结果显示其在使用波段的最低衍射效率超过30%,最高衍射效率超过50%,实验结果与理论计算结果基本符合。与其它方式制作的宽波段光栅相比,采用宽波段全息-离子束刻蚀光栅不但工艺成熟,易于控制光栅槽形,而且光栅有效面积尺寸较大,便于批量复制。     

基于USB总线的光栅位移传感器检测系统设计

介绍了USB(通用串行总线)以及带USB接口的单片机PIC18F4550和光栅位移传感器等的基本知识.详细介绍了基于USB总线的光栅位移检测系统的软硬件设计.文中介绍了带全速USB接口的单片机PIC18F4550的特点,并利用它的USB接口设计了一个光栅位移检测装置,提高了光栅位移检测系统的抗干扰能力和可靠性,减小了系统的体积和成本,同时,在实验的基础上提出了一种全新的光栅位移传感器辨向与细分算法的设计,解决了光栅传统理论中的"光栅的细分倍数与光栅位移速度是互为矛盾的"观点.     

二值位相光栅的设计与制作

我们采用了新的算法对二值位相光栅进行了设计,并对制作时可能产生的误差及它们对位相光栅的衍射效率和光强均匀性的影响进行了讨论。我们用薄膜沉积的方法进行了位相光栅的制作,对光栅进行了实际测量,把测量结果与理论值进行了比较,结论与我们的理论分析相符。     

增敏型光纤光栅加速度传感器设计

基于等强度梁与垫高块相结合结构,将双光栅串联并将光栅栅区两端分别固定在等强度梁上下的垫高块之间,避免出现啁啾或多峰现象,推导了传感器力学模型,该结构提高了传感器的灵敏度,同时很好的剔除了温度的影响;数值优化得出传感器几何参数,建立了三维模型;通过数值仿真得出了传感器应变及模态特性;对样机进行了幅频及灵敏度实验,结果数据与前面设计仿真比较吻合。     

零位光栅的一些性能研究

对零位光栅线纹提出了一种新的表示方法。当零位光栅线纹较多时，使用新方法比传统的表示法更简便。文中对零位光栅截取后的性能的研究将对设计、测绘零位光栅带来方便。     

衍射光多普勒频移的实验研究

为了证明由周期性造成的光的"负折射"现象不同于光的衍射现象,采用光学外差干涉法,对运动的平面光栅的衍射光进行多普勒频移的测量。通过对参考光引进频移的方法,让拍频值和参考光频移值对比确定衍射光所发生的多普勒频移的正负,验证了周期性的平面光栅当入射光与出射的衍射光在法线同一侧时发生的多普勒频移是正常的。说明仅由周期性造成的"负折射"现象,并不能产生反常多普勒效应;具有反常多普勒频移的周期性二维光子晶体才具有反常的等效负折射率,"左手"材料的反常性质并不仅是由于周期性造成的。     

多共振峰圆形光栅滤波器

提出了一种导模共振圆形光栅滤波器,以实现它在可见光范围内的多波段滤波。理论分析了圆形光栅滤波器在同一入射波偏振条件下形成多个共振峰的原因。通过微纳加工技术在硅基二氧化铪材料上实现了光栅层约为70nm的圆形光栅薄膜结构。利用一维线性光栅对圆形光栅的反射谱进行了模拟,通过角分辨微纳反射谱测试系统获得了该光栅滤波器在不同入射波偏振条件以及不同入射角时的反射谱。实验表明,在特定的光栅周期以及占空比条件下(如光栅周期350nm,占空比0.5),当线性偏振光正入射时,该圆形光栅滤波器形成了两个共振峰(505nm处和575nm处),与模拟结果基本符合。另外,光栅占空比相同时,随着光栅周期的增加,共振峰会向较长的波段偏移。实验显示:通过设计不同结构的亚波长圆形光栅,可以实现可见光范围内多个特定波段的滤波作用。     

增量式光栅转化为绝对式时栅的理论方法与技术实现

分析了光栅、感应同步器和时栅3种典型传感器的原理和数学模型.找出它们在原理和技术上的共同之处,进而提出一种新的设计方案,从原理上证明可以将低精度低分辨力增量式光栅传感器,利用感应同步器的电行波产生原理,转换成为高精度高分辨力时栅传感器.设计实验平台进行了原理验证性实验,实验结果表明,利用时空正交驻波合成行波的方法可以实现将增量式光栅转化为绝对式时栅.最后对实验中影响行波质量的原因进行了分析,并提出了解决方法.     

宽带声源方位估计的多频稀疏贝叶斯学习改进算法

在对空气中未知的宽带声源的波达方向进行估计时,麦克风阵列的阵元间距很容易大于声信号半波长而出现栅瓣,严重影响估计效果。尽管多频带数据的使用在一定程度上可以抑制栅瓣产生,但目前的方法抑制效果比较一般而且计算效率不高。在稀疏贝叶斯学习基础上,提出了一种针对宽带声源方位估计的改进方法。这种方法将超先验引入到传统的多频稀疏贝叶斯估计模型中,然后同时利用声源信号在多个频带上具有的相同空间角度稀疏性并结合期望最大化算法重新推导了多频稀疏贝叶斯模型中各相关参数的迭代形式。与此同时,考虑到实际场景中的声源方位通常不位于稀疏网格上,离网格修复模型也被加入设计框架中,以解决该问题。为验证算法性能,开展了仿真实验和场地实验。结果表明,相比最近提出的基于l₁最小化的多频压缩感知方法和宽带的多频稀疏贝叶斯学习方法,提出方法能更好的利用宽带声源的多频特性以降低栅瓣的干扰,同时具有更高的估计精度和计算速度。在现场实验中,改进方法表现了优于其他先进方法的栅瓣抑制能力,声源方位估计误差可达0.09°,所需迭代收敛步数相比MF-SBL减少约50%。     

平场全息凹面光栅的设计

平场全息凹面光栅是一种光谱面为平面的凹面全息光栅。在像面上,如果用某种平面多通道光电接收器探测光谱信号,可使光谱分析简单、迅速、并可做瞬间光谱分析。因为准直、色散和聚焦都集一体于凹面光栅,因而不仅光能损失大为减小,而且整个光谱仪也变得小巧轻便。本文将全息凹面光栅的理论用于消像差平场全息凹面光栅的设计中。描述了在任意给定的仪器参数下,确定光栅表面的曲率半径和记录参数的方法。并通过光线追迹,用谱线在点列阵图上的扩散度,即相应的相对强度分布轮廓曲线来评价所设计的光栅,结果是令人满意的     

差线栅位移传感器原理

首次提出了一种所谓“差线栅位移传感器”，它采用与游标卡尺类似的原理，利用相对运动的两套标尺刻线数之差，得到更多的插值脉冲，达到提高分辨力的目的。这种传感器的参数选择对传感器的性能有重大影响，要考虑的因素和须遵循的规律比较独特。在此详细介绍了差线栅位移传感器的设计思想，工作原理及参数设计准则。     

三维扫描仪软件的设计及实现

在三维扫描仪的软件设计中,在测量条纹的编码以及左右图像的匹配方面提出了一种新的算法,较好地解决了目前国内外三维扫描仪对黑色物件及反光件物体的测量一直都没有取得较好的研究效果的问题。在测量条纹的编码中,引进定位条纹作为编码的起始标志;在左右图像的测量条纹匹配中,运用设计的条纹所固有的属性来进行匹配。实验表明,该设计非常有效,目前该产品已投入生产,并获得了很好的经济效益。     

亚波长光栅的衍射效率

本文使用矢量衍射理论一严格的耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率进行了数值计算，得到在不同光栅参数时亚波长光栅的衍射效率，对影响光栅衍射效率的各个光栅参数分别进行分析，讨论了光栅在光栅参数变化时的衍射特性，给出衍射效率随光栅各个参数的变化曲线。由结果可知亚波长光栅的衍射效率随光栅槽的深度以及光栅占空比有着规律性的变化，选取不同的光栅参数就可得到完全不同的衍射效率，这样就为设计出所需要的光栅滤波特性提供了制造依据。     

C-T型分光系统避免零级回反的设计计算方法

一些C-T型单色器存在光栅零级回反现象,这会引起严重的杂散光问题。从球面准直反射镜及光栅系统的基本几何关系入手,运用几何光学原理入手,分析了C-T型单色器光栅准直镜系统产生零级回反的充分必要条件,即零级光柱落在第一准直镜反射面,同时光栅一部分位置落入第一准直球面镜的边缘法线以内。从而提出了在初始设计计算阶段避免光栅准直镜系统产生回反的理论措施及设计计算方法。即在设计阶段适当增加入射角,以及适当增加光栅与第一准直镜的相对距离。从而使得光栅位置全部落在第一准直镜边缘法线以外,因此能够确保系统无零级回反产生。     

基于杠杆模式施载的圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床研制

采用圆弧刃光栅刻画刀具,实现在线换刃技术是解决光栅刻画刀具使用寿命问题的一种有效的途径。在线换刃圆弧光栅刻画刀具对刃口质量及精度要求高,刃磨制作工艺难度大,且国内外市场几无此类刃磨设备,需要自行设计制作圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床。在圆弧刃光栅刻画刀具刃磨试验设备设计制作及圆弧刃光栅刻画刀具刃磨制作工艺研究基础上,针对圆弧刃光栅刻画刀具的刃磨特点,设计新型的基于杠杆模式施载的圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床;根据传统机床的设计程序,对刃磨机床的功能、总体设计及详细结构设计展开研究,并对施载与微进给机构进行了振动分析,排除了出现共振的可能性。最后完成了该机床的机械装调,并刃磨制作一把圆弧刃光栅刻画刀具,其定向角∠D=63°,刀尖角∠J=90°,刃圆半径R=8.56mm,在460倍体视显微镜下观察无崩口等缺陷,刃口弧线清晰可见。刀具检测及观测结果表明,所设计的圆弧刃刀具刃磨机床适用于圆弧刃光栅刻画刀具的刃磨制作,所采用的分析及设计方法对圆弧刃刀具刃磨机床及其他机床的设计和研制具有实际指导意义。     

光纤Bragg光栅靶式流量传感器设计

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。