平行度误差激光准直法测量技术研究

为了实现平行度误差的精确测量, 提出了基于位置敏感探测器(PSD)激光准直法的平行度误差测量方法, 并设计了实验测量系统。该系统利用倒置望远镜结构二次透镜变换的方法, 对准直激光束的发散角和光斑大小进行平衡, 通过光学五棱镜转折光路, 由PSD将测量位移经信号调理电路和数据采集及处理系统, 实时得到测点相对于基准的位置, 再以最小包容区域法快速评定出被测要素和基准要素两者之间的平行度误差。结果表明, 系统相对不确定度为0.077%, 具有较高的测量精度。该研究为平行度误差的精密测量技术提供了有效测量方法, 具有一定的现实指导意义。     

采用三线位置敏感探测器定位模型分析光斑对定位精度的影响

在实际测量中,由于光斑具有一定尺寸和不对称性,在很大程度上影响了位置敏感探测器(PSD)的定位精度.根据激光光束高斯能连续分布的特征,建立了一种三线PSD定位模型,可以根据光斑的形状解算出该光斑特征状态下的定位误差.实验验证了该PSD定位模型的有效性.在激光三角测量法中采用该定位模型可以很好地补偿由于光斑自身不均匀性、传输过程中光斑尺寸变化以及激光与待测物体互作用产生的散斑所引入的定位误差,有效提高测量精度.实验中可以补偿的误差达到0.07 mm.     

位置敏感探测器光斑脱靶误差补偿方法研究

为了提高位置敏感探测器(PSD)的位置检测范围,解决光斑在探测器光敏面脱靶时无法准确定位光斑的问题,提出一种光斑脱靶误差补偿方法,分析了脱靶前后PSD检测光斑能量重心变化规律,建立了PSD光强信号与位置检测误差间的函数关系。实验结果表明:当PSD光敏面尺寸为12mm×12mm时,对于半径为5mm的高斯光斑,通过所提出的光斑补偿方案补偿后PSD的X轴检测范围提高了66.7%,位置检测平均相对误差不超过5%,该方法对提高PSD位置检测性能具有重要的意义。     

ATP跟瞄系统中位置敏感探测器测量精度研究

为满足星－地量子通信中 ATP 跟瞄系统对二维位置敏感探测器（PSD）的精密性、实时性、可靠性的要求,基于 LabVIEW 设计了 PSD 精度测量与误差修正系统。首先,采用驱动平台带动激光光源,通过扫描 PSD 光敏面,获得电压值并计算出光斑位置,分析非线性成因,采用多项式拟合法建立实际值与测量值间的数学模型,得到非线性修正函数。然后,结合光学三角测量对被测物体进行微位移和角度测量,并对测量结果进行误差修正。实验结果表明,经过修正后 PSD 位置误差显著减小,满足系统对 PSD 的需求,通过 LabVIEW 软件编程提高了系统的测试效率。     

基于PSD的非均匀激光光斑中心定位研究

激光光斑中心定位是光学检测中的关键技术,大量应用在光学通信ATP系统、光路自准直控制系统、光学非接触位移角度测量系统中。针对传统电荷耦合器件(CCD)检测方法无法精准定位非均匀、非理想圆激光光斑的问题,提出一种基于位置敏感探测器(PSD)的旋转激光光斑中心检测的新方法。该方法依据PSD能够连续检测光敏面上光斑重心位置的工作原理,设计了一种定轴心旋转且角度可控的激光实验装置,通过对该装置投射到光敏面上的光斑重心的轨迹探测,经Kasa算法处理后得到光斑的中心位置,相较于CCD无需进行图像处理。实验中搭建了PSD光斑中心检测系统,并对旋转的激光光斑模式进行了分析。结果表明,激光光斑中心定位模型的线性度为-1.036、位置分辨率为0.1 μm,精确定位了光斑中心的移动轨迹。该方法为非均匀光斑的实时高精度定位提供了一种新思路。     

智能型激光三角法振动测量技术研究

为了实现主轴振动实时非接触测量技术的智能化,提出了一种基于移动终端操作系统的振动测量方案。改进了激光三角法振动测量模型,推导出被测物体的振动位移变化量和反射光斑位移变化量成线性关系。设计了振动测量系统,通过WIFI进行数据传输,提高了数据的安全性,实现了远距离传输。设计了移动端软件,减小了振动测量系统的体积,采用滑动平均滤波法消除了周期性干扰。根据信息论进行不确定度分析,采用信息熵表示不确定度。经过实际测试,该系统的测量不确定度为2.66 bit。研究结果对振动测量方案的设计具有一定的指导意义,为相关机械领域中振动测量的后期深入研究奠定了理论和试验基础工作。     

二维四边形位置敏感探测器实验研究

位置敏感探测器（PSD）是一种可以探测光斑重心位置的光学传感器,具有响应速度快、位置分辨率高和处理电路简单等优点,在角度测量、位置检测等精密测量系统中具有广泛的应用。介绍了在实验室内光学平台上搭建光路,选用A823数据采集卡,并在DOS操作系统Borland C++ builder环境下编写C程序连续实时采集模拟电压信号,实现AD转换,计算光斑位置坐标并进行误差分析。实验选用瑞典SiTek公司型号为2L10_SU65_SPC02的四边形位置敏感探测器,通过误差分析得出主要结论,包括PSD存在边缘效应,室内实验影响传感器位置坐标的主要因素是自然光和日光灯,去除影响因素后精度明显提高。     

基于线性激光三角法的圆柱对象定位测量研究

为了实现圆柱对象定位点在竖直高度与水平横向两方向位置坐标的一次性准确测量, 采用线性激光三角法建立了线性激光三角法定位测量模型, 并进行了理论分析, 同时依据此方法设计了一套定位测量实验系统。使用工业相机采集被圆柱对象曲面反射的线性激光光斑图像, 选用blob算法根据图像中激光光斑几何特性提取光斑顶点像素坐标, 结合系统标定参量计算了圆柱对象定位点位置坐标。结果表明, 该测量方法在竖直高度与水平横向两方向的最大相对测量误差分别为0.14%与0.89%。该研究成果可用于工业生产中机械手对不同尺寸圆柱对象的抓取定位测量。     

激光外差测振中信噪比的实验研究

激光外差法测量物体振动已形成为一种重要的高精度测振方法。此测量方法对周围环境要求较低,可远距离测量且被测物体表面可较粗糙。但是这些优点与外差信号的信噪比有较大关系。为在发挥此方法特长的情况下提高测量精度,本文通过实验对零拍外差信号的信噪     

负载电阻对四边形PSD的影响实验研究

通过实验研究了负载电阻对四边形PSD的影响规律。实验结果表明,负载电阻对四边形PSD的总光电流没有影响,但对光斑定位有影响。其对PSD四个角位置附近定位误差的影响最大。随着负载电阻值的增大,计算光斑位置不断向PSD几何中心收缩,位置测量均方根误差及非线性度呈现先减小后增大的变化规律。研究还发现适当的负载电阻还可以改善PSD中央大部区域的枕形失真并减小定位误差。     

基于相敏检波和位置探测器的位移检测系统

为了实现对微小位移的测量,研制了一套基于单模光纤输出半导体激光器和2维位置敏感探测器的位移检测系统,可以有效地抑制环境光噪声。对半导体激光器的注入电流进行1kHz的调制,实现输出光功率的调制。在信号处理电路中,采用相敏检波技术,解调探测器的输出交流信号,得出光斑能量中心位置,消除外界干扰。结果表明,测量精度优于1μm。这一结果对于多自由度误差检测是有帮助的。     

薄膜磁致伸缩系数测试系统的研究

根据激光光杠杆放大原理设计实现了薄膜磁致伸缩系数的计算机辅助测试系统。根据激光光杠杆的放大作用,利用位置敏感传感器(PSD)探测激光光点的位移,将激光点位移信号转换成电信号,利用KEITHLY2182电压表测量电信号,在Testpoint测试软件平台上开发了磁致伸缩系数测试程序,通过计算机对KEITHLY2182电压表的控制,实时读出KEITHLY2182电压表所测到的电压并进行数据处理。通过标定,该测试系统能较好地对薄膜磁致伸缩系数进行测量。     

基于PSD的光轴平行性测试装置电路系统

为了能够实现对车载观瞄系统光轴平行性的高精度测量,利用PSD捕捉微弱光信号来获取光斑的空间位置坐标,对该电路系统主要从信号处理电路部分和延时电路部分进行分析和设计.首先,在分析PSD基本工作原理的基础上,设计其信号处理电路部分和延时电路部分,实现激光三轴的光轴平行性检测.然后,结合误差理论,分析电路系统的测量误差和精度.结果表明:选择位置分辨率为1.5μm的S1880型PSD时,其测量精度能够达到±1.7407".     

基于ARM的船舶双轴系扭振测量仪设计

为了对船舶轴系双通道扭振进行测量,提出了一种基于ARM和RTX操作系统的扭振测量仪的设计。该设计以高性能ARM处理器LPC1788为核心,利用TT10K扭矩遥测系统,A/D转换器,信号前端处理模块实现振动信号的高速精确采集。将采集到振动信号的时域图形显示在LCD上。在ARM上加上RTX操作系统,可有效实现对上位机下达任务和板载资源的管理。     

零差激光测振系统中含噪多普勒信号处理方法

针对零差激光测振系统中多普勒信号的噪声导致信号正交校正困难、增大测量误差的问题,提出了含噪多普勒信号处理方法。首先利用平滑滤波对两路含噪多普勒信号进行降噪处理,再通过最小二乘法对非正交多普勒信号进行校正,然后采用单位圆校正算法二次校正成正交信号,最后利用微分相除积分操作解调出振动信号。实验结果表明,本文方法能有效解调振...     

激光化学气相沉积石墨烯聚焦光斑测量研究

激光化学气相沉积(Laser Chemical Vapor Deposition,LCVD)石墨烯制备受聚焦光斑影响很大。实时检测光斑,可实现石墨烯LCVD法可控制备。设计聚焦光斑测量光学系统,提出一种基于圆拟合的改进算法检测光斑中心和半径,计算、标定光斑面积。该方法在圆拟合基础上加入了二值化、形态学处理及连通性判别等预处理方法。实验表明,该方法测得圆心位置与真值误差平均为5.58 pixel,光斑面积与真值误差平均为1.93×10-9 m2,优于传统的重心法和霍夫检测法,具有较快的计算速度和检测精度,可实现LCVD法制备石墨烯实验中聚焦光斑的非接触式测量,且对其他激光加工工艺的质量控制有借鉴意义。     

基于PSD的微位移测量系统研究

介绍了PSD的结构、特性和工作原理,设计了一种基于PSD探测器的微位移测量系统。针对PSD信号输出特点和实际应用要求,提出了基于PSD的微位移信号采集、处理和上位机通信系统。单片机通过ADS7864采集PSD的输出信号,处理后由RS232接口传给上位机,位移值在上位机界面显示,实现了对光斑微位移量的实时测量。实验结果表明,该系统响应速度快、测量精度高,可广泛应用于微位移测量领域。     

面向大振幅、长周期振动校准的零差正交激光干涉测振方法

针对零差正交干涉测量应用于超低频超大振幅标准振动台性能测试时非正交相移误差补偿困难、所需采样率极高的问题,提出了一种欠采样零差正交激光干涉测振方法。在设计消偏振分光测量光路的基础上,提出波片偏航调整方法,进行非正交相移误差的硬件实时补偿;提出基于运动状态预估的卡尔曼正交信号解调算法,对深度欠采样的干涉条纹进行相位信号解调,以大幅降低所需的采样率及产生的数据量。实验和仿真结果表明,文中方法可大幅降低零差正交干涉的非正交相移误差及其对波片角度偏差的灵敏度,且在测量超低频振动时,卡尔曼正交信号解调算法所需的采样率和每通道数据采集点数降低至奈奎斯特采样定理的0.056%。文中提出的欠采样零差正交激光干涉测振方法较好地满足超低频超大振幅标准振动测试的需求。     

Technique of Position Sensitive Detector with Alternating Light Source^①

The signal processing circuits of position sensitive detector(PSD)with alternating light source are presented.The measuring device of PSD with alternating light source can effectively eliminate the interference made by light noise signal.