基于相关系数导数的余弦信号检相算法

检相方法的精度受到采样条件影响时,通常无法满足相位式激光测距的高精度检相需求.介绍了等相位信号具有极大相关系数的特性,分析该特性与待测相位的关系,提出了基于相关系数导数的检相算法;分析基于离散傅里叶变换的滤波方法,为算法提供了噪声干扰信号的检相策略.最后通过模拟计算验证了算法的可行性,分析了算法的检相误差.计算表明该算法具有精度高和不受采样条件影响的特点,无论有无噪声干扰,算法的检相精度都优于相关函数法.     

激光测距与光速测量实验方法研究

本文给出了采用相位式进行激光测距的实验原理,根据相位式激光测距原理提出了一种激光测距实验方法。在此基础上,通过对实验方法的调整,同时实现了对光速的测量,并对距离测量和光速测量测量的结果进行了误差分析。     

初相位和相位差的估计

应用检相原理可以提取有限长度调制信号的初相、相位差和相位调制量。通过提高A/D转换器的采集位数,提高检相分辨率.它与检测对象的运动速度无关,这为检相展示了新的途径。     

基于激光传感器和嵌入式的工装在线监测系统设计

为了满足工业生产中对距离等信息的实时采集要求,提出了一种以激光传感器为检测端,嵌入式系统为数据处理和控制端的远程监测系统。采用德国SICK公司测距设备OD30-05T1激光测距传感器,以基于ARMV4I的Windows CE嵌入式平台为核心,结合RS485工业总线技术,对多台激光测距传感器进行操作,实现了激光测距系统的数据采集与处理分析。     

初相位和相位差的估计

应用检相原理可以提取有限长度调制信号的初相、相位差和相位调制量。通过提高Ａ／Ｄ转换器的采集位数，提高检相分辨率。它与检测对象的运动速度无关，这为检相展示了新的途径。     

《光学仪器》总目次

测试技术一种基于 CMOS的长水泡检测方法研究徐　进 ,倪旭翔 ,陆祖康 ,等 ( 1 ,3)…………………………………DWDM信道光谱基于 GPIB的测试系统曹　倩 ,刘德明 ( 1 ,7)………………………………………………基于 Ronchi光栅 Talbot效应的角度精确测量侯昌伦 ,白　剑 ,侯西云 ,等 ( 1 ,1 1 )…………………………极坐标激光直写系统光轴和转轴对准的光栅反射对准法张　涛 ,杨国光 ,梁宜勇 ( 1 ,1 5 )…………………电磁波测距中多辅频内积检相技术的仿真研究刘国光 ,倪旭翔 ( 1 ,1 9)………………………………………激光干涉仪的计量保…     

以SOPC为基的激光测距系统的设计与实现

介绍了一种以可编程片上系统(SOPC)技术为基的高精度激光测距系统的实现方法,以SOPC作为激光测距系统的信号处理和控制的核心,该系统能够在一次测量中对同一方向上多个目标进行高精度测距。系统设计方法是基于一种系统级电路,通过QuartusⅡ开发工具和SOPC Builder子系统实现对此系统的定制。通过系统内部32位定时器实现多个回波的捕获。与传统的测距系统相比具有可同时完成多目标测量、高速数据采集、实时数据传输、集成度高、可靠性强,以及测量误差小的优点,是一种应用很好的激光测距系统。     

单目视觉-激光测距定位系统的标定与姿态校正

为了简化机器人单目视觉-激光测距定位系统的标定过程,提出一种机器人定位系统快速标定方法。通过一次标定实验即可同时完成相机参数、相机畸变参数以及手眼关系的标定,并利用手眼关系对激光测距传感器进行标定。同时,为了提高系统的标定和定位精度,提出一种基于激光测距传感器的机器人定位系统姿态校正方法,通过建立姿态校正模型求解姿态修正角,并在此基础上对深度方向的测量误差进行补偿。实验结果表明,提出的标定方法和姿态校正方法具有简单、准确和可靠的特点,满足机器人脱模系统的定位精度要求。     

提高相位激光测距精确度的研究

提出了提高相位激光测距测量精度的方法,给出了用两个频率进行相位激光测距时的测量方法,解决了单一频率测量的矛盾,扩大了测量范围,达到了测距时高精度、大范围的工程应用要求。     

激光测距机低温测距性能实验设计

针对激光测距机-40℃工作温度性能测量要求,提出在常温下对低温激光测距机测距性能检测的方法,采用低温试验箱安装可加热的导电膜光学观测窗设计方案,叙述了实现激光测距机低温测距性能检测的初步实验结果和讨论,从而保证激光测距机出厂前的直接检测及标定。     

正交调制降频相位式激光测距

为了提高激光测距的精度与稳定性,通过改良传统相位激光测距仪,设计了新型正交调制降频与最小二乘法解相位的相位式激光测距仪。使用反射镜实现内外测距光路,通过正交调制技术对发射激光进行幅度调制,接收模块接收到的回波信号经过混频器后再经过低通滤波器将回波信号降频,降低解相难度并提升解相精度。改用分时测量得到距离相位从而消除二次混频方法所产生的附加相移,分别对内外光路低频回波信号采样进行模数转换后使用最小二乘法求解相位。采用多频率调制测量兼顾激光测距范围与测量精度,最后通过超定方程解模糊算法求解多频测距的待测距离。在国家标准基线上进行样机测试,实验结果表明,在60m量程内正交调制激光测距仪的测量平均误差控制在1.5mm以内,测距量程内标准差保持在0.9mm以内。     

脉冲激光测距中信号处理系统嵌入式设计与实现

脉冲激光测距是一种技术先进、应用广泛的测距技术。介绍采用嵌入式设计实现基于脉冲激光测距原理的测量系统,着重论述了以可调节增益放大器和高速模数转换器为基础的电路设计,给出了硬件和软件的设计方法,实现了高精度时间间隔测量,并研制了专用的嵌入式检测仪器,具有良好的测距效果。该电路成本低、测量精度高,特别适合于大批量生产、低成本要求的应用。     

相位式激光测距谱分析鉴相的无偏改进

针对相位式激光测距中的鉴相误差,建立了谱分析鉴相的误差模型,提出了在数据预处理中引入希尔伯特变换来消除相位差估计偏差的测量方法.分析了传统谱分析鉴相的偏差和方差,指出这些测量偏差受初相位的影响,在高速测距中不容忽略.提出了一种无偏改进方法,通过窗函数法设计正弦信号的简易希尔伯特变换器,将离散傅里叶变换的对象转换为解析信号,在仅增加4次加减法运算和2次移位操作的情况下,实现了近似无偏谱分析鉴相.仿真分析和实验验证结果表明,鉴相均值与真实相位差相同;当信噪比为40 dB时,每秒百万次高速鉴相的误差为0.1°;当调制频率为100 MHz时,测距精度达到0.4 mm.实验表明,将希尔伯特变换应用于谱分析鉴相,可实现高准确度相位差测量,并可应用于高速相位式激光测距.     

Free spectral range measurement of fabry-perot cavity using frequency modulation

In this paper, we propose a novel method to measure the free spectral range (FSR) of a Fabry-Perot cavity (FPC) using single-frequency modulation (FM) with one electric optical modulator (EOM) and the null method. A laser beam modulated by the EOM, to which a cosine-wave signal is supplied from a radio frequency (RF) oscillator, is incident on the FPC. The transmission light from the FPC is observed and converted to an RF signal by a highspeed photodetector, and the RF signal is synchronously demodulated with a lock-in amplifier (LIA) by referring to the oscillator. We theoretically and experimentally demonstrate that the LIA signal become null with a steep slope, when the modulation frequency equals the FSR under the condition that the carrier frequency is slightly detuned from the resonance of the FPC. The experimental results show that the proposed method has the capability to determine the FSR by the null method with a small measurement uncertainty.     

基于光声光谱法的无创血糖检测原理研究

利用光声光谱法无创血糖检测原理,以葡萄糖粉末和葡萄糖水溶液为样品、用调制激光作为信号激发源进行试验研究。可得到各个调制频率对应的光声信号幅值,进而得到光声信号幅值大小和调制频率的关系,最终找到葡萄糖粉末对应的最佳调制频率。在最佳调制频率下,测试葡萄糖水溶液,得到声信号随葡萄糖浓度增加的变化关系。实验不但找到葡萄糖对应的最佳调制频率,而且得到光声信号随葡萄糖浓度增加的线性关系,验证了光声光谱法在无创血糖检测中的可行性,为光声光谱法应用于无创血糖检测提供了一定参考价值。     

基于数字式锁相环的双向差动相位解调法设计

设计了应用于高精度干涉测量系统的双向差动相位解调法,利用锁相环的分频特性对测量信号进行降频处理,增加计数脉冲的数量,再结合双向差动相位解调法对信号进行鉴相,从而提高测量分辨力.在He-Ne双频激光外差偏振干涉信号处理实验装置中进行了实验,证明了该方法能够提高测量精度.     

用于激光频率参数测量的飞秒光学频率梳

近年来随着光纤制造技术和飞秒激光技术的成熟,以掺铒(Er)光纤光学频率梳为代表的频率梳技术,逐步突破了光学 频率测量领域,在长度测量、精密光谱分析、超低相位噪声微波频率产生、精密时间频率传递、温度测量等领域发挥出越来越重 要的作用,已成为许多高端科研领域的基础性工具。 但飞秒光学频率梳所解决的重要问题是对激光频率进行测量。 本文主要 面向激光频率参数测量的需求,研制基于掺 Er 光纤飞秒激光器的光学频率梳,在实现光学频率梳稳定运转的前提下,通过非线 性光学频率变换技术,实现光谱范围从掺 Er 光纤光学频率梳的中心波长向各个待测激光波长的转换,并完成与多个不同波长 激光的拍频信号探测。 目前已验证的飞秒光梳可测频率范围为 500 ~ 2 000 nm;频率稳定度和准确度为 10 -16 量级;线宽为 Hz 量级。 该指标满足了激光频率特性参数测量的需求,为激光绝对频率、频率漂移、线宽等参数的测量提供了基础性的测量工具。     

Potential accuracy of methods of laser Doppler anemometry in the single-particle scattering mode

Potential accuracy of methods of laser Doppler anemometry is determined for the singleparticle scattering mode where the only disturbing factor is shot noise generated by the optical signal itself. The problem is solved by means of computer simulations with the maximum likelihood method. The initial parameters of simulations are chosen to be the number of real or virtual interference fringes in the measurement volume of the anemometer, the signal discretization frequency, and some typical values of the signal/shot noise ratio. The parameters to be estimated are the Doppler frequency as the basic parameter carrying information about the process velocity, the signal amplitude containing information about the size and concentration of scattering particles, and the instant when the particles arrive at the center of the measurement volume of the anemometer, which is needed for reconstruction of the examined flow velocity as a function of time. The estimates obtained in this study show that shot noise produces a minor effect (0.004–0.04%) on the frequency determination accuracy in the entire range of chosen values of the initial parameters. For the signal amplitude and the instant when the particles arrive at the center of the measurement volume of the anemometer, the errors induced by shot noise are in the interval of 0.2–3.5%; if the number of interference fringes is sufficiently large (more than 20), the errors do not exceed 0.2% regardless of the shot noise level.     

可调谐激光器激光波长宽范围自动偏频锁定

针对激光多波长干涉绝对测距中构建多级合成波长的需求,提出了一种锁至飞秒光频梳的可调谐激光器(External Cavity Diode Laser,ECDL)输出激光波长的宽范围自动偏频锁定方法.首先,设计了光栅+双凸透镜梳齿滤波的拍频信号探测单元,实现了宽范围ECDL激光波长与目标梳齿的拍频探测.接着,采用锁相放大原...     

激光多普勒效应地震波实时测量技术的研究

传统的磁电式地震检波器易于受到电磁干扰、存在非线性 ;提出一种应用激光多普勒技术的地震波检测方法 ,采用优化设计的差动光路结构方案、信号处理单元的适宜带宽。通过F/V转换可以实时地得到被测速度、位移、加速度和频率。实现线性测量的频率范围 1 0～ 1 0 0 0Hz ,动态范围 1 0 0dB。