小型化弹丸速度测试系统

提出了一种基于光幕测速和单片机数据处理的小型化的弹丸速度测试系统。采用半导体激光器、光电探测器、原向反射屏形成大面积光幕测试区,当弹丸穿越光幕时,光通量的变化被光电探测器转变为电信号,经过比较电路后送入单片机进行数据处理,并由LED进行速度显示。文中对测试原理和测试系统的光学设计单元、信号处理单元及数据采集、显示单元进行了介绍,并对该系统进行了壬7．62mm弹丸速度测试,给出了测试数据。试验表明,该测速系统具有灵敏度高、体积小、成本低、使用方便、灵活、工作可靠等优点。     

大靶面激光光幕靶研究

针对大靶面、高精度弹丸速度测量的要求,提出一种新型激光光幕靶弹丸速度测量系统。该系统采用大功率90°扇形线状激光器做为光源,两列高灵敏度光电二极管阵列作为接收装置,当弹丸穿越激光光幕面时,遮挡了部分投射在光电二极管上的光线,光电二极管产生微弱电信号,经放大、整形后输出一个脉冲信号,触发计时仪开始或停止计时。两台同样的装置配合测时仪,便可组成激光光幕靶测速系统。经实弹实验证明,该系统具有高灵敏度和高精度的特点。     

室内大面积激光测速光幕光能均匀性研究

针对大横截面室内靶道弹丸测速需求,提出采用一字线激光器作为光源,L形排布的光电二极管阵列作为接收的室内大面积矩形探测区域激光测速光幕构建方法,对光幕面内光能分布均匀性进行理论分析及实验研究。在单个一字线激光器光能分布理论分析基础上,通过实验验证了理论分析的正确性,并对两个一字线激光器拼接作为光源的1m×1m靶面的激光测速靶靶面内光能分布均匀性进行了实测研究,对实验结果进行了分析。该研究成果为实用室内超大面积激光测速光幕靶的设计提供了理论及数据参考。     

室内大面积激光测速光幕靶面光能均匀性研究

针对大横截面室内靶道弹丸测速需求,提出采用一字线激光器作为光源,L形排布的光电二极管阵列作为接收的室内大面积矩形探测区域激光测速光幕构建方法,并对光幕面内光能分布均匀性进行理论及实验研究。首先对单个一字线激光器的光能分布进行理论建模及分析,通过实验验证了理论分析的正确性;其次对用两个一字线激光器拼接作为光源的1m×1m激光测速靶靶面内的光能分布均匀性进行了实测研究,对实验结果进行了分析,并提出了进一步提高光幕均匀性的方法,通过研究为实用室内超大面积激光测速光幕的设计提供了理论指导及数据参考。     

某杀爆战斗部破片与冲击波运动规律研究

通过对某杀爆战斗部爆炸后破片运动及冲击波传播的研究,理论推导了破片与冲击波相遇位置的求解全过程。采用Visual C++开发破片与冲击波运动规律计算系统,并用数值积分方法对冲击波速度与位移进行分段积分。通过该系统计算了某预制破片战斗部破片与冲击波的相遇位置,并运用 ANSYS/LS-DYN数值模拟了该预制破片战斗部爆炸后破片与冲击波的运动,数值模拟结果与计算结果基本相符。     

单列光源反射式光幕靶检测弹着点

为了降低弹丸着靶点检测的成本,提出了一种新的弹着点检测原理。采用单列光源,经两面条形表面反射镜反射后,形成"Z"型的三道光幕,用于实现对弹丸等飞行目标的测速及定位。弹丸的速度和着靶点水平方向的坐标可以通过对时间的测量得到,弹丸着靶点竖直方向的坐标可以通过单列光探测器获知。文中对检测原理进行了研究,对光源、探测器、信号特征、有效测试区域、射频测试能力等进行了分析,并在桌面进行了原理性试验。高速摄影机拍摄的小球坐标与"Z"型结构测量出的坐标相对位置误差为0.1～1mm,传统区截靶法与"Z"型结构测量出的小球速度相对测速误差为0.02%～0.2%,说明基于反射镜的"Z"型结构在定位和测速方面的应用具有可行性,提出的方法具有结构简单、解算方便、节省成本的特点。     

循环流化床颗粒团多参数的光散射测量方法

针对循环流化床床内颗粒团动态参数和行为特性的测量问题,提出了基于光散射原理的颗粒团运动速度、高度与浓度等多参数同时在线测量方法,利用该方法对二维冷态循环流化床试验台开展颗粒团参数测量,获得了颗粒经测量区造成的光强衰减信号,通过对上下测量单元光强信号进行互相关分析可获得颗粒团运动速度参数;对信号进行低通滤波,根据低频信号极值点时间差及运动速度测量结果,得到颗粒团高度参数;同时根据光强衰减程度计算颗粒团的浓度参数。由此实现了基于光散射原理的循环流化床床内颗粒团运动速度、高度与浓度多参数同时在线测量,测量结果显示,在典型工况下,提升管中心区域颗粒团运动速度较为稳定,平均速度为3.81 m/s,近壁面区域颗粒团运动速度有较大波动且出现负值,平均速度为0.65 m/s;中心区域颗粒浓度较近壁面区域小;中心区域颗粒团高度主要分布在20～40 mm区间,近壁面区域颗粒团高度主要分布在30～60 mm区间。这为循环流化床内颗粒团的形成、结构及其运动研究提供了一种有效的测量手段。     

基于PSD的激光微位移测量系统

介绍了一种基于二维位置敏感探测器PSD的激光光斑位置测量系统。与传统的方法相比,该系统改进了硬件和软件设计方法来实现PSD外围信号处理,它可以测量微米级位置的移动,实验结果表明系统测量精度在5μ之内。     

Multi-probe scanning system comprising three laser interferometers and one autocollimator for measuring flat bar mirror profile with nanometer accuracy

This paper describes a multi-probe scanning system comprising three laser interferometers and one autocollimator to measure a flat bar mirror profile with nanometer accuracy. The laser interferometers probe the surface of the flat bar mirror that is fixed on top of a scanning stage, while the autocollimator simultaneously measures the yaw error of the scanning stage. The flat bar mirror profile and horizontal straightness motion error are reconstructed by an application of simultaneous linear equations and least-squares method. Measurement uncertainties of the flat bar mirror profile were numerically evaluated for different installation distances between the laser interferometers. The average measurement uncertainty was found to be only 10 nm with installation distances of 10 and 21 mm between the first and second, and first and third interferometers, respectively. To validate the simulation results, a prototype system was built using an X–Y linear stage driven by a stepper motor with steps of 1 mm along the X direction. Experiments were conducted with fixed interferometers distances of 10 and 21 mm, as in the simulation, on a flat bar mirror with a profile known to an accuracy of λ = 632.8 nm. The average value of two standard deviations (95%) of the profile calculated over ten experiments was approximately 10 nm. Other results from the experiment showed that the system can also measure the yaw and horizontal straightness motion errors successfully at a high horizontal resolution. Comparing with the results measured by ZYGO's interferometer, our measured data excluding some edge points showed agreement to within approximately 10 nm. Therefore, we concluded that our measurement profile has an accuracy in the nanometer range.     

激光等离子体X射线极化光谱研究

为了诊断激光等离子体X射线的极化光谱,研制了一种新型的基于空间分辨的极化谱仪。将平面晶体和球面弯晶色散元件在极化谱仪内正交布置,即在水平通道用PET平面晶体作为色散元件,而在垂直通道用Mica球面弯晶作为色散元件,球面半径为380mm。信号采用成像板进行接收,有效接收面积为30×80mm,从等离子体光源经晶体到成像板的光路约为980mm。物理实验首次在中国工程物理研究院激光聚变研究中心“2×10J激光装置”上进行,成像板获得了铝激光等离子体X射线的光谱空间分辨信号。实验结果表明该谱仪具有较高谱分辨率,适合激光等离子体x射线极化光谱的诊断。     

基于磁传感器阵列的消化道微型诊疗装置定位跟踪方法

实时定位与跟踪是消化道微型诊疗装置实际应用中必须解决的关键问题。提出了一种基于三轴磁感传感器阵列的实时定位跟踪方法,使用磁偶极子模型作为永磁体的磁场分布模型,用4×4的三轴磁感传感器阵列检测永磁体的空间磁场,通过控制电路和USB接口适配器将检测出的信号传入计算机,最后由定位程序使用非线性最优化方法由磁场信号解出永磁体的位置和姿态信息。设计了磁定位系统,建立了三维实验平台,并开展了定位,模拟肠道轨迹跟踪和介质材料影响等实验。实验结果表明该系统能够对内置小型永磁体的电子胶囊的位置和姿态进行非接触测量,对于距离传感器阵列平面150mm的电子胶囊,平均定位精度小于7mm,平均定向精度小于6度,该系统能够对在距离传感器阵列平面80mm至250mm的模拟肠道内运动的电子胶囊实现轨迹跟踪,并且定位精度对人体、织物、塑料等非磁性介质不敏感。该系统基本能够满足消化道微型诊疗装置在体内的实时定位与连续跟踪的要求。     

Four-point bisensitivity velocity interferometer with a multireflection etalon

A four-point bisensitivity velocity interferometer system for any reflector (VISAR) with a renovative delay etalon is proposed and demonstrated. In this interferometer, we introduce a new film-coating strategy to accurately measure small velocity with relatively short and cheap etalon. Laser pointing to the etalon is split into two beams with different incident angles with each beam going through the etalon in different path. The beam with the smaller incident angle is reflected three times before it leaves the etalon, while the other beam with larger incident angle goes through the etalon to and forth only once. The delay time of the laser beam with smaller incident angle is almost three times longer than that of the beam with larger incident angle. In the example of the laser with a smaller incident angle, the velocity per fringe of this interferometer can be reduced by approximately three times. The etalon is optimized so that four laser beams can be penetrated in the vertical direction at the meantime. With an etalon of 200 mm in diameter and 150 mm in length, a four-point bisensitivity velocity interferometer can achieve the velocity per fringe of 100 and 350 m/s fringe. A measurement has been successfully undertaken for the steel flyer driven by the explosive where the developed interferometer applies.     

基于三维激光扫描的移动大尺寸圆柱体工件长度快速检测系统

针对移动大尺寸圆柱体工件两端的表面形貌特征,利用三维激光扫描仪设计了一种快速长度在线检测系统。基于三维激光扫描仪可在短时间内连续高速获取大量测量数据的特点,系统在虚拟环境下构造出自适应测量形状的虚拟测量基准面,采用二维误差分离方法抑制系统误差和运动误差,识别定位工件两端端点并计算其到虚拟测量基准面的位移;最后结合多传感器融合模型获取三维位移场测量结果。另外,测试前用三坐标测量机精密测量过的相似形状圆柱体工件对系统进行了校准修正。为验证系统的精度和可靠性,分别对处于（1 000±25）mm内不同直径的圆柱体工件进行了长度检测。结果显示,系统可在1 s完成直径约为50 mm工件的长度测量,检测分辨力为0.010 mm,检测精度达到0.050 mm。实际运行结果表明,该设计系统具有高自动性和高效性,可满足在线生产中对大尺寸工件控制和检测的要求。     

轮胎胎面参数在线检测系统研究及应用

为了提高汽车轮胎生产过程中对胎面尺寸的测量精度,针对移动中的橡胶胎面设计了一种测量轮胎胎面参数的在线检测系统。选用3D激光传感器,根据传感器获得的坐标数据绘出胎面横截面轮廓,基于B样条曲线拟合方法,通过特征点测量计算胎面横截面数据;选用CCD图像传感器,设置两端基准线,根据现场亮度采用可调光源控制器,并采用OSTU算法对图像进行二值化处理,基于像素数和实际的尺寸存在线性对应关系,可获得胎面长度。现场实验结果表明,该测量系统的横截面参数测量精度小于1 mm,长度测量精度小于2 mm,能够满足生产工艺的测量要求,可实现胎面参数的在线动态测量,该测量系统具有安装方便、运行稳定等特点。     

Velocity resolved laser Doppler blood flow measurements in skin

A Doppler flow meter was developed, consisting of a PC and a control card for two Doppler sensors to be fixed on skin. From the measured Doppler signals a power spectrum is calculated by a software FFT. In contrast to usual laser Doppler flow measurements in skin, which provide only a mean flow, a flow spectrum is calculated with the assumption of an isotropic distribution of the directions of the velocity of the erythrocytes and irradiation vectors in the skin. Up to four partial flows (integral over a certain frequency region of the flow spectrum) are displayed on the screen simultaneously with a resolution in time < 10 ms. The frequency span can be set independently for each flow. Corresponding to low and high Doppler frequencies the flows show different behavior and provide the possibility to distinguish between the flow in the superficial dermal plexus and larger micro-capillaries.     

Φ360mm激光平面干涉仪

为了强激光工程的需要 ,研究制造了一台口径 36 0 mm卧式激光平面干涉仪。仪器的测量精度为 λ/2 0 ,仪器配有 CCD相机图像处理系统 ,可目测 ,可拍摄照片 ,也可进行数字化处理。实用结果表明 ,该仪器是一台适合于光学车间生产检验的大口径高精度激光平面干涉仪。     

激光跟踪仪测角误差的现场评价

激光跟踪仪是基于角度传感和测长技术相结合的球坐标测量系统,其长度测量采用激光干涉测长方法,可直接溯源至激光波长,因此,激光跟踪仪的长度测量精度远高于角度测量精度,相对而言,测角误差就成为评价跟踪仪测量精度的重要指标。为了对现场测量激光跟踪仪的测角误差进行快速有效地评价,采用跟踪仪多站位对空间中测量区域内若干个被测点进行测量,与传统基于角度交汇原理的多站位冗余测量不同,利用各站位所观测的高精度测长值建立误差方程,并通过测长方向的矢量位移对跟踪仪测长误差进行约束,获得被测点三维坐标在跟踪仪水平角和垂直角方向上的改正值,以此来评价激光跟踪仪的测角误差。通过Leica激光跟踪仪AT901-LR进行了多站位测角误差评价实验,在现场测量条件下,跟踪仪水平和垂直方向测角误差约为0.003 mm/m(1σ),符合跟踪仪的测量误差特性。     

大型散货堆体积的快速测量

针对现有散货测量系统对堆场环境适应性差、盘点时间长、效率低、操作复杂等不足,提出了一种散货堆体积快速测量方法。同时,利用二维激光扫描仪、差分GPS和姿态测量系统设计了一种体积测量系统。该系统用激光扫描仪动态测量堆体表面的几何信息,用姿态测量系统实时测量扫描仪的空间姿态数据,用GPS测出扫描仪在测量过程中的三维位置;最后通过数据融合计算形成堆体的三维点云,利用点云获得散货堆体积。文中基于单条堆体轮廓点云特征,提出快速堆体下边缘查找算法来去除扫描过程中地面点云的误差影响;采用投影剖分法完成完整堆体点云计算体积。实验显示,利用本文设计的测试系统可在30s内完成体积为69m3的标准堆体测量,平均相对误差为0.42%,重复测量误差为0.41%。在实际散货堆实验中,可在10min内完成大小约为31 500m3的散货堆测量,4个不同料堆体积测量的平均重复测量误差为0.74%。结果表明,本方法可在保证测量精度的同时,简单、高效地测量散货堆体积。     

复杂颗粒流速度场分布的空间滤波测量

空间滤波测速法具有结构简单、稳定性好和适用性强等优点,但传统线阵CCD空间滤波测速法要求CCD阵列方向与待测物体的运动方向一致,因此不适合测量复杂的流场。针对这一问题,本文提出了基于面阵CCD相机的空间滤波测速方法。对采集到测量区域的一系列面阵CCD输出图像进行处理,在图像水平方向和垂直方向分别进行隔行采样,模拟多狭缝空间滤波特性,实现了对障碍流颗粒速度的光学非接触式测量。针对复杂流场功率谱密度的特点,利用能量重心校正频谱提高了系统测量精度。通过调节传送带速度对本系统进行标定,实现了不同速度下的流速测量,平均误差小于4%。利用本系统还测量了由玻璃砂模拟的泥石流速度场分布,最后讨论了空间周期和测量时间对测量结果的影响。结果表明,采样时间大于0.5s时,测量结果趋于稳定,空间分辨率最小可达1.28mm。     

大型焊接构架制造过程的变形测量与分析

为了全面了解焊接和退火工艺对机车转向架构架制造过程变形的影响程度,提出了以试件的3D平均偏差、标准偏差和四角高差作为评价指标,用光学摄影测量系统对大型构架整体定位,用三维激光扫描仪对构架进行快速数据采集,用Geomagic-studio快速处理点云数据,以构架设计模型作为参考基准、用Geomagic-qualify进行焊接和退火工序变形的分析与评价的系统化方法。研究结果表明,三维激光扫描仪和Geomagic软件相结合的方法可以实现对大型结构件制造过程变形进行全方位的快速精确测量与分析,为该类产品制造质量的监控提供了新手段。数据分析表明,焊接工艺是影响构架变形的主要因素,而退火工艺对构架变形的3D平均偏差改善量小于0.58mm。该结论为缩短退火时间、降低能耗与生产成本提供了科学依据。