用相移干涉计量技术检测复合材料缺陷

本文简要地介绍了相移全息干涉计量的原理,给出了用相移方法检测复合材料缺陷的实验装置,并利用计算机图象处理技术实现了缺陷尺寸及位置的自动识别。     

微表面形貌大视场检测相移显微干涉仪研制

基于相移干涉术,研制了立式大视场Mirau相移显微干涉仪,它包括干涉成像和照明系统、竖直方向上的压电陶瓷传感器(PZT)微位移系统、被测面的两维扫描系统、图像采集和处理系统,是无限筒长显微镜结构和Mirau干涉结构的叠加。大视场表面形貌通过多孔径扫描拼接实现。单片机串口控制电路控制电控平移台的精确位移,实现了被测面的两维扫描,最小的横向位移为0.039μm,扩展后的视场达到12.5mm×12.5mm。测量了光纤连接器端面的表面形貌,重复测量精度小于2nm。     

广义相移干涉术相移提取算法的分类与评估方法

在对各种广义相移干涉相移提取算法进行总结分类的基础上,提出一种利用实验可探测量对广义相移干涉相移提取算法进行比较评估的方法。基于离轴数字全息、以重建光波场中直流项和共轭像的残留量作为判据,通过定义重建光波场的信噪比,实现对不同广义相移干涉相移值提取算法的比较评估。理论分析和计算机模拟实验证明：重建光波场的信噪比越大,重建光波场中直流项和共轭像的残留量越小、提取的相移值越准确。选取六种典型的广义相移干涉算法在计算机模拟和光学实验中进行了评估和比较,其结果是一致的,证明了该方法的可行性和有效性。     

相移干涉计量中相移器的原路相干相位检测标定

介绍一种原路相干相位检测的标定方法,该方法具有很高的精度,对相移器的线性没有特别要求,相移器的标定与使用是同一光路,消除了标定光路与使用光路不同所带来的误差     

相移干涉计量中高精度相移器的研究

相移器是相移干涉计量中的关键技术,对测量精度有很大的影响,关系到相移技术的成败。介绍了一种闭环控制的高精度相移器,输出电压精度为０．１％,相移器重复误差小于３°,用该相移器的电子散斑干涉计量系统测量精度可达λ／１００。     

基于最小二乘迭代的空间载波相移算法

为了解决空间载波相移(SCPS)法中载波频率不确定引入的误差,提出了一种基于最小二乘迭代的空间载波相移算法.先将单幅随机空间载波频率干涉图转化成四幅随机相移量的时域干涉图,然后用最小二乘迭代求得相位信息.模拟计算和实验结果表明,该算法只需10次左右的迭代计算就可实现算法峰值(PV)精度优于λ/20,均方根(RMS)精度优于λ/200,高于快速傅里叶变换(FFT)法;通过提高空间载波频率,使载波方向接近45°或135°可提高该算法的精度.     

基于多项式拟合背景光的随机两步相移算法

相位提取精度直接影响干涉测量精度,传统的定步长或者等步长相位提取算法必须对测试系统进行相位标定,但常因相位标定不准确而引入相移误差,影响相位提取精度.因此提出一种K阶二维多项式拟合背景光的随机两步相移算法进行相位求解,该算法无需对系统进行相位标定,可以在相移量、背景光、调制度及相位都未知的情况下,利用两帧相移干涉图求解...     

基于干涉条纹相关性测量PZT相移特性的方法

闭环压电陶瓷(PZT)具有良好的线性特征,能实现纳米级分辨率,在微位移过程中响应快,精度高,广泛用于光学测量领域。在干涉测量中,利用PZT控制反射镜的移动,引入可控相移,需要知道PZT的电压相移特性。提出了基于干涉条纹图样的相关性测量PZT电压相移特性的方法,利用CMOS数字摄像机采集干涉条纹图样,以零电压对应的图样为基准图,做归一化相关系数运算,最后得到PZT电压相移特性曲线,满足了干涉测量相移可控的要求。     

基于主成分分析和VU分解法的两步随机相移算法

为了平衡相位计算的精度和速度,大量的两步随机相移算法发展起来。提出了一种基于主成分分析和VU分解法的快速、高精度两步随机相移算法。首先,采用两步主成分分析法对经过滤波的两幅相移干涉图进行计算求出迭代初始相位;然后,利用没有滤波的两幅相移干涉图进行VU分解、迭代求出最终相位。通过模拟和实验结果对比表明：与四种性能良好的两步随机相移算法相比,对于不同的条纹类型、噪声、相移值及条纹数量,提出的算法综合性能最好,其精度最高,有效相移范围和有效条纹数量范围最大,当干涉图像素数为401 pixel×401 pixel时,提出的算法仅比格兰-施密特正交化法和两步主成分分析法多花费0.035 s。在理想情况下,提出的算法可以得到完全正确的结果。如果需要得到较高精度,最好能够提前抑制噪声,同时设置相移值远离0和π,条纹数量大于2。主成分分析和VU分解法无需滤波,花费近似非迭代算法的时间获得迭代算法的精度,其打破了迭代算法花费时间较多的限制,适合高精度光学在线检测,有广泛的发展前景。     

同步移相干涉的测量性能

详细分析了一种基于二维正交光栅衍射的同步移相干涉测量系统的组成结构,包括干涉系统、空间分光部件、偏振移相部件以及图像采集与处理系统。选择了二维正交透射光栅的四个衍射级次的光束作为测试光,理论和实验都证明这种方案具有良好的分光效果;用偏振方向依次改变45°的四片偏振片构成偏振阵列作为移相器件,并根据空间一致性要求,分割得到依次具有90°移相的四幅独立干涉图,获得了较高的移相精度;在幅频积低于100 Hzλ的振动环境中,系统测量重复性的峰谷值优于0.02λ,可以用于一般的在线检测和动态测量。     

基于迈克尔逊干涉液晶双折射率的测量方法设计

为了通过实验得到向列相液晶材料的双折射率,利用迈克尔逊干涉原理设计了一种新的测量方法。在迈克尔逊干涉仪中放入楔形液晶盒,通过调节入射光的偏振方向分别实现了对寻常光和非寻常光折射率的精确测定。结果表明,该测量方法将折射率测量转换为长度的测量和干涉条纹的计数,简单易行、测量精度较高,对理论研究和实际开发液晶显示器件是非常重要的,在液晶材料和液晶器件生产中具有一定的推广价值。     

基于平方运算与多重希尔伯特变换的F-P干涉振动测量

为了快速、简便地重构出物体的微振动,提出了一种基于平方运算与多重希尔伯特变换的振动测量方法。对采集到的干涉信号进行平方运算,使其干涉条纹的数量加倍,再对加倍后的干涉条纹在反向点两侧分别进行一次和三次的希尔伯特变换,重组出一组与之前相差π/2相位的干涉条纹,两组信号做商得到解包相位,从而重构出微振动。本文通过数值仿真和实验信号验证了所提方法的有效性。     

单幅干涉条纹图相位提取新算法

散斑干涉测量中,得到的干涉条纹图必须通过提取当中的真实相位才能够得出所测的物理量。从干涉条纹图中提取相位常用的相移法,过程复杂、对环境要求较高,而且要通过解包裹运算才能求得真实相位,容易产生误差。通过希尔伯特变换,基于离散余弦求解泊松方程的方法,提出从单幅干涉条纹中提取真实相位的新算法。通过实验分析,本文提出的新方法能够有效地从单幅干涉条纹中提取真实相位,并且在现实情况中,本文提出的新方法从单幅干涉条纹图中提取相位误差小于相移法,而且运行速度快,为从干涉条纹图中提取真实相位提供了新的参考。     

基于远场干涉测量棱镜内气泡直径

为了测量固态透明物质中气泡直径,采用远场干涉的方法测量玻璃棱镜中气泡直径。平行激光束照射到棱镜中的气泡时,在远场将产生圆环状干涉条纹,利用气泡远场干涉模型进行理论分析,并用分光仪对三棱镜外干涉条纹进行测量,取得一组关于干涉条纹角位置的数据,由折射定律换算为棱镜内干涉条纹角位置,进而使用计算软件MATH-EMATICA计算出气泡直径。结果表明,测量相对差为0.2%,所测气泡直径的方向应为入射激光束的方向,对气泡在载物台上方的位置要求不严格;对测量方法进行适当改变,亦可测量其它形状透明介质内的气泡直径。这一测量结果对透明物质中气泡形状的研究是有帮助的。     

激光剪切干涉用于在线表面测量的特性分析

为探讨和证明双折射晶体激光剪切干涉仪用于在线表面精密测量的可能性,推导了该干涉仪中光传输和实现表面测量的模型,分析了其抗振特性,模拟了相当的振动条件对其抗振特性进行实验测试.分析和实验证明了该干涉仪具有良好的抗振能力,适合应用于在线表面精密测量.     

基于相位解卷的位移测量系统

为了实现适度光反馈机制下对微位移进行测量的目的,采用了相位解卷的位移测量方法。该方法是在对系统参量C和α进行提前分离测量的基础上,通过寻找自混合干涉信号的特殊点,即峰值点、谷值点及转折点,恢复了含光反馈时的外腔相位,对外腔相位进行进一步的处理得到了外部运动物体的位移信息。仿真分析及实验结果验证了该测量方法的可行性。结果表明,对于十几微米的振动,该系统的测量误差仅为±30nm。这一结果对高精度微位移及微振动的测量是有帮助的。     

光纤F P腔干涉纳米级位移高分辨率测量

激光抗干扰性好、复用能力强,光纤F P腔干涉仪结构简单、灵敏度高,适于纳米级位移测量。为了进一步提高分辨率,扩展测量范围,本文对光纤F P腔干涉信号的相位和功率进行分析。首先给出了二倍次方功率和分辨率的关系,找出了提高分辨率的途径。然后给出了二倍次方功率和干涉条纹变化的关系,确定了测量条件。最后根据光纤波在F P腔内干涉形成的滞后相位,通过多次希尔伯特变换,实现了待测物体位移重构。数值模拟和实验证明了该方法能够实现高分辨率纳米级位移测量,误差小。     

双路信号相位同步测量系统设计与实现

为了实现2维外差干涉位移测量中信号相位的精确同步探测,采用整周期计数与脉冲填充相结合的方法,利用同一时钟基准,对双路信号进行同步检测与并行处理,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列的双路外差干涉信号相位同步测量系统。该系统在100kHz载波频率下测量分辨率可以达到0.18,双路信号下的相位同步测量误差同样为0.18。结果表明,该系统实现了整小数相位的精确测量,确保了双路信号相位的实时同步探测,能够满足各种2维外差干涉位移测量系统对相位同步测量的需求。     

凝视激光探测系统的探测灵敏度测试方法

为了研究凝视激光探测系统的探测灵敏度指标性能,针对凝视激光探测系统的凝视成像特性及探测面元接收激光能量会随视场角的变化而改变的特点,从实验室现有测试条件出发,设计了一套关于其探测灵敏度的室内间接测试方法。分析了测试过程中各环节应注意的问题,给出了相应解决方法,对搭建的模拟激光探测系统在不同的方位角下进行了激光发射、探测实验测试,得出7个不同方位角的探测灵敏度结果,其中,中心视场角探测灵敏度为0.259nJ/cm2,相对误差在3.4%～4.2%范围内,得出该系统最小可探测能量随视场角增大而增大的规律,并定性分析了测试误差。结果表明,该设计方法实际可行,误差精度可以达到规程要求,为进一步研究设计高精度的灵敏度测试系统提供了有益参考。