激光分析仪谱线自校正技术研究

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的激光分析仪,可以实现工业流程气体的原位快速检测。然而随着仪器长时间的使用,由于激光器温度控制及硬件电路等方面的原因造成仪器的吸收谱线漂移,这样就需要重新标定调整吸收谱线,较费时费力,维护量较大。采用自校正谱线技术能够很好解决谱线漂移问题,无需标定校正。     

半导体激光工业现场在线气体分析仪的研制及其性能分析

本文介绍半导体激光在线气体分析仪的测量原理 ,硬、软件设计及性能特点。该仪器实现工业过程气体的现场在线连续自动检测 ,无需采样预处理系统 ,提高测量响应速度和仪器可靠性 ,同时降低维护工作量     

一种线结构光自扫描测量系统的研究

为了实现对复杂自由曲面的快速精确测量,提出了一种由CCD摄像机、振镜和激光线投射器组成的全视觉自扫描测量系统。该系统利用光学三角法确定了一种新的测量物体表面三维坐标的方式。基于该方式,此测量系统使用平面靶标实现了对摄像机内部参数的标定,借助振镜转动驱动激光平面完成了对摄像机视场内被测物体的扫描,最终根据激光平面方程和计算机二维平面图像信息获得了被测物体的三维数据。试验结果证明,该系统能以较快速度实现自由曲面的精确测量。     

激光气体分析仪在钢铁行业的应用

本文论述了基于半导体激光吸收光谱测量技术的激光气体分析仪的分析原理、仪器结构和主要性能特点,并介绍了它在钢铁行业在线气体检测中的应用.     

一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术

针对线结构激光扫描系统标定成本高,而双目立体视觉测量中立体匹配难的问题,提出了在双目立体视觉的原理上,结合线结构激光扫描的方法实现对被测物体的三维测量。该方法采用张正友相机标定方法对系统进行立体标定;采用BOUGUET’S法对左右相机图像进行立体校正;运用重心法进行激光中心线的精确提取。在图像校正的基础上,可快速实现激光中心线位置的立体匹配;再结合线扫描原理可完成对物体的扫描工作。最后,使用该系统对具有复杂自由曲面的鞋楦进行测量,结果表明:该方法能快速准确地测量出符合要求的三维数据。     

基于1397nm波长H_2O分子吸收光谱的温度测量研究

为了准确获得燃烧场温度信息,利用可调谐半导体激光吸收光谱技术进行了气体温度测量实验。利用1397nm波长范围内的两条H_2O吸收谱线进行气体温度测量,简化了实验装置和数据处理的复杂程度。将两种测量方法得到的温度与管炉温度对比,可以看出直接吸收光谱的测量误差在3%以内,波长调制光谱误差在4%。结果表明,1397nm波长范围内的两条H_2O吸收谱线可以用于TDLAS气体温度的测量,并且测量的精度较高。     

全场视觉自扫描测量系统

为了适应对大型工件的快速精确测量,提出一种由CCD摄像机、振镜和激光线投射器组成的全场视觉扫描测量系统,通过振镜的转动改变线结构光光平面角度来实现对摄像机视场内被测物体的自扫描测量。利用平面网格靶标和基于交比不变原理的径向排列约束(RAC)两步方法实现对摄像机的标定,根据振镜的旋转角度以及光平面在靶面上的交线确定光平面的方位,从而根据摄像机模型和CCD二维图像可获得光平面上的三维数据。试验结果证明,这种方法具有较高的测量精度,能较清晰地测量大型工件上的主要特征,同时具有便携性,便于生产现场使用。     

浅谈激光检测系统在发动机装配过程的应用

激光检测技术应用广泛,如激光干涉测长、测距、测速、扫描等等。激光测量是一种非接触式测量,不影响被测物体的运动,精度高、测量范围大、检测时间短,对被测物无损伤。用非接触式的激光检测方法在发动机装配缸盖分装线的气门锁木压,装后的检测所得结果可供后续之位判断及调查。     

基于线激光车体旋转扫描系统标定方法

在轨道车辆车体三维尺寸检测过程中,为实现线激光扫描系统多个视角位置扫描数据拼合,需要精确标定出扫描仪激光平面参数和扫描系统的转轴参数;为此,提出了基于多视约束系统标定方法。该方法充分利用了图像数据样本和多视几何约束,对扫描系统的激光平面和转轴参数进行精确标定,有效地保证了测量系统整体标定精度;同时实现了多个视角位置采集三维数据的精确拼合。     

基于单应性矩阵的线结构光测量快速标定方法研究

针对线结构光三维测量中的测量系统标定问题,对相机成像与畸变模型、单应性矩阵模型、线结构光移动扫描等方面进行了研究,对现有的线结构光测量系统标定方法的特点进行了归纳,提出了一种基于单应性矩阵的线结构光测量快速标定方法。利用机械辅助装置,使标定板和结构光平面平行并且共面,避免了多次调整位置,实现了线结构光三维测量系统的快速标定;利用标定板对扫描过程中单帧时间间隔内线结构光测量模块的位移量进行了计算,完成了对被测物整体扫描后全局点云的拼接;利用移动平台对单应性矩阵和测量点云数据的准确性进行了测试。研究结果表明:该方法能够快速建立线结构光测量系统的测量模型,标定过程简单、高效,能够满足有一定精度要求的三维扫描。     

基于激光吸收光谱的SF_6/N_2混合气分解产物同时检测

针对SF_6分解气中H_2S、CO、HF等3种气体进行在线监测,研制基于激光吸收光谱的SF_6分解气在线监测装置,提出采用时分复用的方案实现多组分气体同时测量,对激光器的波长参数进行分析并测试。针对近红外波段CO和H_2S气体吸收谱线弱的问题,提出独立放大电路方案,研制样机并通入混合组分气体进行验证。根据获得二次谐波曲线和浓度随时间变化曲线表明,该系统目前可以实现的检测限为CO 10 ppm,H_2S 4 ppm,HF 1 ppm,可以满足高灵敏度SF_6分解气在线监测和故障预警需求。     

利用LIBS技术在线半定量分析液态钢成分

基于激光诱导击穿光谱技术,研发了一套钢液成分在线分析系统,实现了钢液中Cr、Ni、Si、Mn元素成分的半定量在线分析.实验采用中频感应炉熔炼钢材,并在熔炼过程中添加原料来调整钢液中的元素浓度.通过估算的浓度值绘制标定曲线,比较了不同特征谱线的标定结果.结果表明,采用合适的特征谱线能使标定曲线相关系数达到0.9476以上,测量结果的相对标准差低于7.43％,平均误差低于0.058％.浓度在线测量中,通过中值滤波提高了测量精度,抑制了异常点,准确识别了浓度改变时刻和变化程度.     

基于投影法检测光学元件面形的图形处理算法

基于线结构光扫描测量和立体视觉测量相结合的三维检测方法——投影法,能够快速准确地实现光学元件面形的在线检测,通过对采集图片的图像预处理,区域立体匹配分析,曲线拟合及面形实验等算法还原被测光学元件面形模型。实验结果表明,将这种方法用于检测光学元件可以真实还原光学元件三维外貌特性,具有实际应用价值。     

激光吸收光谱技术在工业生产过程及安全预警标识性气体监测中的应用

鉴于常规的标识性气体监测方法在响应速度、测量精度、使用寿命、实时性、监测目标种类、测量范围和应用场合等方面相比激光吸收光谱技术存在不足,本文以可调谐半导体激光吸收光谱技术为依托,选取合适的无干扰激光吸收谱线,阐述了工业管道抽取式、管道原位在线对射式、扩散探头式(全量程激光监测一体机形式与多点无源传感器探头形式)、无组织排放开放光路式等多种形式的监测方法。上述系统的测量结果显示:抽取式可实现CO、CO2、O2等不同多组分气体的同时测量;管道对射式实现了O2及10μL/L以下CO的高精度在线测量;探头式则以CH4测量为例实现了响应时间T90=15s,监测极限小于150μL/L,泄漏报警准确率达100%;开放光路形式以天然气集气站场测量CH4、C2H2、C2H4三种气体为例实现了0误报的监测能力。上述分析结果表明,TDLAS技术应用于工矿安全生产及安全预警方面的标识性气体监测是完全实用、有效、准确、可靠的。     

激光水稳定性同位素分析仪测定矿泉水中的δ~2H、δ~(18)O和δ~(17)O

通过多次测定标准样品,统计分析得出,LWA-45EP型激光水稳定性同位素分析仪具有很好的准确性和精密度,标准样品的δ~2H、δ~(18)O和δ~(17)O的测量值与真值之间达到极显著相关,R0.9999,测量精度为0.17‰(δ~2H)、0.06‰(δ~(18)O)、0.05‰(δ~(17)O)。采用该仪器对16种饮用矿泉水进行测定,结果表明水中氢氧同位素组成具有明显的时空差异。     

前沿

环境监测仪器光学标定系统2006年3月17日,我国首台环境监测仪器光学标定系统通过了中科院综台计划局副局长许平主持的专家验收,标志着我国环境监测技术产业检测规范化工作取得了重要突破。“环境监测仪器光学标定系统”利用了光在反射腔中的多次反射来达到在较短反射腔中实现长光程的目的,在有效地提高气体长程吸收光谱测量灵敏度的基础上,通过抽真空和气体配气系统精确的控制腔体内的气体浓度实现了在实验室进行模拟真空环境的长光程传输检测和标定,在测量气体的吸收截面及对长光程气体监测类仪器进行浓度的标定上有着广阔的应用前景。该系…     

冲压发动机羽流温度 TDLAS 在线测量系统

为实现碳氢燃料冲压发动机羽流温度在线测量,以H_2O分子为目标组分,通过分子光谱仿真计算优选(7 444.352+7 444.371) cm~(-1)-(7 185.586 5+7 185.597 3) cm~(-1)谱线对,采用扫描波长直接吸收光谱-时分复用(SDAS-TDM)策略设计了用于碳氢燃料冲压发动机羽流参数测量的可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)系统,并利用预混平面火焰炉验证了该系统测温精度,结果显示采用此系统对预混平面火焰炉高度1 cm处火焰温度测量结果与标准参考值相对偏差均在15%之内。在此基础上,将该系统应用于碳氢燃料冲压发动机羽流参数测量,通过交替调制1 392 nm与1 343 nm半导体激光器,测量调制激光经待测区域后的光强衰减信号,获得H_2O分子在(7 444.352+7 444.371) cm~(-1)和(7 185.597+7 185.597 3) cm~(-1)谱线吸收光谱,通过双线技术实现了发动机羽流温度在线测量,为碳氢燃料冲压发动机燃烧组织与性能评估提供重要参考。     

在机测量线激光传感器安装位姿的全局标定

针对三轴数控机床激光测头安装位姿误差造成测量误差且不易调整和校准的问题,提出了一种在机测量线激光传感器 安装位姿标定方法。 建立了线激光在机测量系统的数学模型,通过机床运动带动线激光测头对标定基准点的空间位置进行测 量,基于手眼标定原理给出了关于测头安装位姿参数的线性求解算法,完成了对测头安装误差的全局标定。 考虑了机床定位误 差对于标定结果精度的影响,采用蒙特卡洛模拟进行了误差分析。 采用半径为 35 mm 的圆孔进行测量验证,实验结果表明,标 定后圆孔测量误差为 0. 051 6 mm,测量精度提高了约 96% ,实验结果验证了该标定方法的有效性和可行性。     

基于2D激光技术的轴径在线精密测量方法北大核心

针对轴径测量方法在精度、可靠性和适应性等方面存在的问题,提出一种基于2D激光测量和全量程标定校准的轴径精密在线测量方法。采用2D激光轮廓传感器同步采集检验剖面的二维坐标数据,基于采集的坐标数据和最小二乘拟合算法求解被测轴的半径,基于最小区域原则优选检验剖面,采用全量程标定校准方法建立轴径测量误差模型,利用误差补偿算法实时补偿系统的非线性误差,提高轴径测量的精度。研究结果表明,该方法测量相对误差小于1%,实现了免拆卸情况下的轴径非接触、在线、高精度测量。     

三维扫描测头在齿轮测量中心的应用

为了解决三维测头在齿轮测量中心应用上的技术难点,通过构建三维扫描测头的多元非线性模型,规划出基准球的扫描路径,实现了对测头自身的垂直度、直线度、测针挠度以及与仪器坐标轴不重合等误差的校准。分析影响校准精度的因素,解决了三维扫描测头的标定问题,为后续工件的测量奠定了基础。由于三维扫描测头无法精确探测到给定的工件坐标点位置,测量时也无法严格按照预定的路径扫描,无法采取传统的电子展成法得到测量误差值。本文利用空间曲面理论实现了齿轮的测量及误差计算,通过对标准齿轮的检测,验证了方法的可行性,为复杂工件的一次装卡,全自动完成几何误差和形位误差的测量提供了条件,拓展了齿轮测量中心的检测能力。