激光挠度、位移测量系统的研究与开发

利用激光器及紧贴式线性固体图像传感器、信号处理部分构成激光挠度测量系统 ,用以测量大型建筑结构的挠度 ,在完成实时挠度测量的基础上 ,根据大型建筑结构变形监测的要求 ,对测量系统进行了进一步的开发 ,完成了用于测量结构在水平及垂直方向 (x ,y方向 )位移的二维位移测量系统。实验证明 ,挠度测量系统的测量范围可以达到 2 10mm ,分辨率优于 0 1mm ,可完成结构的静态及动态挠度测量 ;二维位移测量系统的测量范围为 2 10mm× 30 0mm ,两方向的分辨率分别优于 0 1mm和 0 2mm。     

连通管式光电挠度测量系统及其大桥监测应用

介绍了连通管挠度测量系统的基本原理，阐述了实际的挠度监测系统的构成，并将该系统应用于大佛寺长江大桥的挠度监测中。测量结果表明，光电挠度测量系统的监测数据能够有效地反映桥梁结构挠度变化，测量范围和测量精度分别可达400mm和0．1mm。     

基于四象限探测器的桥梁挠度实时监测系统研究

为了实现高精度的桥梁挠度测量,提出了一种基于四象限探测器的桥梁挠度实时监测方法和系统。四象限探测器能使系统在挠度测量的同时还能获得被测点的横向位移,实现二维测量,并且具有高频测量的能力。用本文方法和系统对桥梁挠度进行单点或多点测量,结果表明：测试单点纵向位移能达到20μm的分辨率,测试精度可达到0.1 mm。     

微型激光干涉仪

在米范围移动距离中,纳米级的高分辨测量系统,获得越来越重要的意义.然而,至今这类测量系统大多数不轻便且价格昂贵.本文介绍的是一种半导体激光干涉仪全新的设计方案,其结构简单,传感器十分轻便(直径17mm),具有至今未达到的效率,是距离、力、硬度或折射率理想的测量工具.     

激光图像挠度测量系统稳定性实验研究

本文介绍了适用于大型桥梁的激光图像挠度测量法的测量原理．在实验室构建出整个测量系统．并进行了室外和室内稳定性实验。实验结果表明该测量系统在室内具有较好的稳定性和可行性．能够用于具有密封梁体的大型刚构桥梁挠度的测量。     

基于绝对相位编码的高速三维轮廓测量系统

为了实现对复杂物体三维外形的快速测量目的,首先设计了一套基于结构光的高速测量系统,该系统主要由高速投影模块和图像采集模块组成;然后采用一种基于绝对相位的编码和解码方法,实现绝对相位的测量,从而解决了复杂形体的三维测量过程中的二义性问题.最后,对所给系统进行了三维测量的实验验证,证明该系统精度可达到0.11mm,实验结果表明系统的精度和速度适合高速三维测量.     

便携式组合测量系统坐标统一的标定方法

针对便携式结构光测量系统和光学三 坐标测量系统的测量坐标系的全局统一问题,提出了一种基于手眼标定模型的标定方法 。利用 在全局坐标系下固定的平面标靶以及与便携式结构光测量系统具有刚性约束关系的 主动光立体标 靶作为中介坐标系,分别估计便携式结构光测量系统与平面标靶的位姿参数以及光学三 坐标测量系统 与主动光立体标靶之间的位姿参数,然后基于手眼标定模型标定出主动光立体标靶与便携式 结构光测量系 统之间的刚性位姿关系,进而完成便携式结构光测量系统和光学三坐标测量系统的坐标统一 。实验结果表 明,本文方法标定结果相对误差标准差约为0.151mm,标定精度合理 有效,可以实现便携式组合测量系统坐标统一的快速标定。     

非正交轴系激光经纬仪测量技术研究

在空间大尺寸坐标测量系统中,经纬仪测量系统因其测量范围广、非接触式测量、便携性等优点应用广泛。为了降低经纬仪测量系统成本,减少经纬仪测量系统误差来源,提出了一种基于非正交轴系的激光经纬仪测量系统。首先,根据测量时非正交轴系的转换关系,推导出非正交轴系激光经纬仪的视准轴的空间数学模型。然后,根据双经纬仪前方交会测量原理,建立了基于非正交轴系激光经纬仪的测量系统,并推导出空间点坐标。最后,通过仿真与实验,验证了测量模型的正确性。结果表明,在测量半径为3m时,该测量系统对空间点在拉依达准则下的测量不确定度能达到1mm以内,尤其适用于大空间、大尺寸测量。     

基于傅立叶变换的单步相移三维物体面形测量的新方法

本文将基于傅立叶变换的单步相移技术用于物体的三维面形测量,其中相移采用改变全息投影条纹再现参考光的角度来实现：相位解调采用Gauss算法对变形条纹进行平滑和截断连接处理,研究结果表明：该测量系统的测量精度高（达到0．01mm),测量系统装置简单,测量速度大大提高。     

起重机械钢结构激光测量技术的研究

分析了激光测量主梁挠度的可行性，提出采用半导体激光器，经过透镜准直后，投射到四象限光电池的感光面上，由四象限光电池对中系统跟踪光束中心后，通过客栅式位移传感器识别出位移的变化，再将此变化输出给AT89C2051单片机采集。通过PC机对测量值的处理，在显示屏上直接显示出主梁拱度值和挠度变化曲线。通过现场实验数据验证了主梁挠度激光测量方法的准确性、可靠性。具有体积小、性能可靠、测量精度高等优点。     

激光材料的杂质检测系统

报道一台检测激光玻璃中白金颗粒的系统。它是一台由计算机控制的扫描系统,被检测材料尺寸为600mm×300mm×40mm,扫描范围为600mm×300mm,激光能量密度大于20J/cm2,已成功地检测出白金颗粒,小于10μm的白金颗粒也可测到     

激光大尺度3维动态聚焦扫描加工系统研究

为了满足激光3维微加工不断提高的精度要求、不断增大的加工尺寸范围,以及加工效率的上升需求,采用理论分析和计算结合的方法,研制出由动态聚焦镜和2维扫描振镜组合的动态聚焦系统,与高精度X-Y-Z 3维高精度工作台集成为一台激光大尺度3维动态聚焦扫描加工设备。设计了焦距为100mm、视场角15、光阑口径7mm、后工作距137mm、相对畸变小于0.5%的远心f-镜和入光口径8mm、光学杠杆比1:8、后工作距800mm40mm的动态聚焦镜系统,并使用ZEMAX软件对系统关键光学部件动态聚焦镜和远心f-镜进行光学设计及系统性能评价。结果表明,通过工艺控制软件分层拼接,实现了460mm310mm50mm大尺度3维动态聚焦的高精度紫外激光微加工功能,在该3维扫描范围内,激光聚焦光斑直径始终保持小于10m,从而满足大尺度激光3维精密微加工需求。     

海洋浮游生物显微光学成像系统设计

为满足海洋浮游生物的观测,设计了大相对孔径、水下浮游生物观测专用变焦显微光学系统。该系统利用Zemax软件实现,物距模拟海水介质,采用平面水密隔窗,设计像面尺寸为8.8 mm×6.6 mm CCD感光板,显微成像系统倍率变化范围为1.0~4.0。变倍过程中数值孔径为0.15,物方线视场范围为8 mm×6 mm^2 mm×1.5 mm。最大视场下,奈奎斯特频率50 lp/mm处近轴视场和1视场的光学传递函数值均大于0.4;成像系统的畸变控制在3%以内。该显微成像系统结构简单,可以满足较小尺寸的浮游生物成像,为浮游生物的分析及浮游生物种群的研究提供技术支持。     

基于LED光源的投影LOGO灯设计

根据固体照明LED光源的特点,文中提出了一款基于3.5×3.5 mm朗伯体LED光源的紧凑型投影LOGO灯系统。利用成像设计软件Code V设计一个两片式成像系统,该系统物距为2 900 mm,像距为15 mm,像高为5.792 6 mm。根据光路可逆原理,给该成像系统匹配一个准直度高、均匀度高的光源,在LigtTools软件中设计了一个分级准直透镜组,LED光源经过准直后角度为4.2°,光斑均匀度达到了91.7%。将两个子系统结合在一起,可以在2 900 mm远的接受面投影出菲林的完整清晰的均匀图案,图案直径为1 600 mm。与现有的系统相比,此系统长度短、结构简单、投影图案均匀度高。     

准光设计主动式毫米波人体扫描安全检测系统的研制

设计并制造了一种实用型安全检测系统。该系统应用了最新的准光技术及毫米波人体扫描技术。实测结果表明,在工作频率为35GHz（8．57mm）的模式下,该系统的分辨率优于10．2mm;可以检测微量粉末,比如0．5g金属与非金属混合物;可以在100S内完成对600mm×1800mm大小区域的检测,基本达到了实用性要求。检测实验结果表明,该系统可以应用于贵重金属探测等某些特殊应用场合。     

微细管道内壁缺陷测量系统构建和技术

为满足微细管道内部缺陷检测需要,提出了一种将外部光源导入、内部图像导出的解决新思路,基于360°全景锥镜、视像管、环形光源、近景光学镜头及高分辨率相机构建了光学信息传输部件,并与计算机共同组成机器视觉检测系统。在检测系统构建中,光学信息传输部件的姿态调整是一个关键环节,本文对此展开了深入的研究,给出了调整评判依据及完整的调整实现流程,最终构建了较为理想的微细管道内部缺陷测量系统。基于测量系统,对深100mm、孔径9mm的管道样件内壁上0.5、0.8及1.0mm的微孔模拟缺陷进行了多次测量,测量结果标准差分别为0.025、0.026及0.028mm。实验结果表明,基于本文的调整技术构建的检测系统,可以实现检测部件与待测管道的精确对准,进而实现微细管道内部缺陷的高精度测量。     

基于机器视觉的双视野双远心光学系统设计

提供了一种基于机器视觉的双视野双光路远心系统设计方案,以折射棱镜为分界,将远心系统分为物镜部分与目镜部分,通过增加或更换目镜,即可在原有系统中同时实现不同的光学放大率,提高了远心系统在不同场合的适用性。设计了一款具有双视野的双远心系统。该系统工作距离为130mm,物方视场分别为40mm与80mm,搭配ON Semiconductor公司生产的型号为SN5000A的成像芯片,光学放大倍率分别为-0.275与-0.1375,并且满足低畸变(各视场畸变均小于0.1%)、高分辨(105lp/mm处大于0.3)、高远心度(小于0.1°)等设计要求。     

机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计

为适应机载光电系统对红外热像仪光学系统小型化、轻量化的要求,采用前端无焦扩展倍镜与后端连续变焦光学系统组合的方式,实现了30~660 mm的22倍连续变焦光学系统。该系统的光学总长为244 mm,总长/最大焦距比为0.37,系统具有光学总长小、变倍比大的特点,适用于远距离目标探测的大型机载光电吊舱系统中。将前端无焦扩展倍镜去掉后,后端连续变焦光学系统可以实现15~330 mm的22倍连续变焦光学系统,该系统的光学总长为138 mm,总长/最大焦距比为0.42,可作为独立的连续变焦系统应用于近距离目标探测的中小型机载光电吊舱系统中。设计结果显示,该系统在两种状态下均成像良好,在探测器对应的特征频率33 1p/mm处,中心视场的MTF值均在0.3附近,接近衍射极限,0.7视场的MTF值均在0.2附近,边缘视场的MTF均在0.15附近,能够满足应用需求。     

矢量波像差理论在无遮拦三反光学系统设计中的应用

传统的无遮拦三反射镜光学系统设计是先设计轴对称反射系统,然后通过偏光瞳、偏视场或者两者结合的方法来实现系统无遮拦设计,系统中不可避免地用到了离轴非球面反射镜。以矢量波像差理论的相关结论出发,将反射镜的倾斜作为系统的优化变量,利用轴对称非球面反射镜实现了无遮拦三反射系统的设计。分析了此种系统的设计思路及步骤,设计了焦距为1 000 mm、视场角为1020、F数为10的三反射镜光学系统,系统结构紧凑,成像质量接近衍射极限。该系统与其他无遮拦三反光学系统相比,最大的优点是系统中的非球面均为轴对称反射面,极大地降低了系统成本。     

高集成度四视场中波红外光学系统

为了实现超小型化、长焦距和超大视场,提出并设计了一种高集成度四视场中波红外光学系统。该系统采用双光路结构形式,包括超小视场光路和小/中/大视场光路,两支光路共用中继组;对超小视场光路进行了四次立体折叠,并对小/中/大视场光路进行了二次折叠。通过以上六次折叠,整个双光路光学系统的外形尺寸得到了有效约束,其外形包络在242 mm×150 mm×85 mm (局部125 mm)范围内,系统集成度高。这种双光路光学系统包括超小视场、小视场、中视场和大视场四个视场。其中,超小视场的焦距为688 mm,视场为0.8°;大视场的焦距为13.19 mm,视场为40°,实现了长焦距和超大视场并存,并获得了50×的变倍比;超小视场光学系统仅采用5片透镜,透过率高,并具有光学被动消热差设计;整个双光路光学系统结构紧凑,体积小,实现了超小型化。设计结果表明,该光学系统像质良好,可以满足高性能热像仪的使用要求。