食用油折射率的光干涉快速测量方法

折射率是食用油品质的一项重要指标。为测量食用油折射率,基于泰曼-格林干涉仪,在室温20℃、光源波长632.8nm条件下,通过面阵CCD相机拍照获取食用油的干涉条纹图像,并利用图像处理技术,快速测量出不同食用油样品干涉条纹的移动量,进而求得其折射率。对几种常见的食用油进行了测量,得到花生油、玉米油、大豆油、菜籽油、橄榄油以及葵花和玉米油1∶1混合后的折射率分别为1.470 9、1.473 5、1.472 9、1.471 8、1.469 4、1.473 8。结果表明,利用该方法能够对食用油折射率进行快速测定,同时实验结果精度高,能为食用油品质及地沟油的现场检测提供一种简便有效的手段。     

光学外差干涉法检测微弱超声振动的研究

设计一个具有较高检测灵敏度的光学外差干涉系统,用于检测微弱超声振动信号。采用相干性高的线偏振光作为光源,提高有效干涉强度;利用光阑消除光学噪声,有效控制回授光对光路的影响;以1级光作为参照,使光路调节简单易行。用主频为62.42KHz、幅值为74V的方波信号激励超声探头作为振动信号源,测得振动信号频率和幅值分别为62.38KHz和76.4mV。结果表明该系统能满足微弱超声振动检测要求。     

外差干涉测量系统调焦的定心方法的研究

对光学系统进行调焦和确定旋转工作台的中心(本文称为定心)对许多测量系统来说是一个共性问题。本文结合一外差干涉测量系统,提出了一种简单易行的调焦和定心的方法,并对调焦和定心达到的精度进行了分析。     

宽谱段空间外差干涉光谱仪

研究了基于中阶梯光栅多级衍射特性实现谱段展宽的宽谱段空间外差干涉光谱仪的基础理论和系统设计方法。阐述了宽谱段空间外差干涉光谱仪的特点,分析了仪器性能指标(光谱分辨率、光谱范围、视场、信噪比、衍射级次等)与初始光学和电子学参数(光栅、视场棱镜、成像系统、探测器等)之间的理论关系。然后,设计并搭建了宽谱段空间外差干涉光谱仪实验平台,该系统的理论光谱分辨率为0.173cm-1@16 950cm-1,光谱区为500~700nm。最后,给出了激光(543.5nm、632.8nm)、Na灯(589nm、589.6nm)、Hg灯(576.96nm、579.07nm)光源的宽谱段实验结果,其复原光谱的平均波数采样间隔为0.17cm-1;光谱复原过程中采用三角切趾函数,平均光谱分辨率为0.39cm-1。实验结果与理论设计符合良好,且复原谱各级次之间的对应关系与光栅方程确定的理论关系完全符合。     

激光外差干涉的非线性误差补偿

为了补偿用激光外差干涉法进行纳米测量产生的非线性误差,进行了非线性误差补偿的实验研究。根据镀膜实体角锥棱镜反射光的偏振特性,推导出当激光器出射光束存在偏振椭圆化时,测量角锥棱镜以运动方向为轴线的轴向旋转对非线性误差一次谐波的影响模型。分析表明,测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转会减小非线性误差一次谐波。实验显示,当测量角锥棱镜轴向旋转角从0°增加到100°时,非线性误差从3.48 nm减小到1.39 nm,实现了非线性误差一次谐波减小为原来的40%。该方法避免了现有的非线性误差补偿方法光路系统和电路系统复杂的缺点,系统实现很简单。     

基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量误差补偿

针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差,提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系,利用位置敏感探测器(PSD)和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化,从而获得更为准确的转角测量结果,最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性,搭建激光外差干涉测量实验装置,分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52μm降至0.18μm,测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10^-4°内,对M-531. DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量,将测得的转角进行位移补偿后,系统的位移测量结果与M-531. DD线性导轨位移的标准差从1.55μm减小到0.29μm。     

全视场外差短相干形貌测量技术

针对工业检测中对微米量级测量精度、秒级测量时间的检测需求,提出了全视场外差短相干形貌测量方案。本方案采用短相干光源,实现大步长测量,节约扫描时间;采用全视场外差技术,实现干涉轮廓的快速反演,在抑制振动、直流噪声对测量精度影响的同时,提高数据反演的效率。搭建了实验验证系统,对测量时间和测量精度进行了实验验证,结果表明,系统的探测时长小于10 s,测量精度优于2μm。后续经进一步优化设计,探测时间可小于5 s,探测精度优于微米量级。该方案具有测量速度较快和测量精度较高等优势,在对效率要求较高的工业检测领域具有一定的应用前景。     

基于低相干光干涉的液体折射率测量

液体折射率是液体一个重要指标,介质中折射率的变化会影响光程,提出一种用低相干光干涉测量光程变化,进而测得折射率的方法。通过调节两束低相干光使它们之间的光程差在相干长度之内,将被测液体放入一束光路中,根据光电探测器得到的干涉信号可求得相应的光程变化量,进而得到待测液体的折射率。利用低相干光干涉测量折射率的方法,其测量和计算过程方便快捷,受外界限制因素小,在810nm波长下,对折射率的测量精度可以达到10-4量级以上,是测量各种液体折射率的有效方法。     

四自由度同步外差干涉测量系统设计

针对多自由度测量技术中存在的测量范围有限、精度低和阿贝误差等问题,设计了一种大行程、高精度、可溯源、四自由度同时测量的外差干涉测量系统。采用碘稳频532 nm固体激光器作为测量仪光源,结合光纤耦合技术对双频光进行空间分离。使用差分波前传感技术实现位移、俯仰角和偏转角的同步检测,并采用楔面棱镜测量直线度的变化。该测量系统可以抑制双频光混叠引起的非线性误差,行程范围为6 m,位移分辨率为0.13 nm,俯仰角和偏转角分辨率为0.026 μrad,直线度分辨率为14.88 nm,测量结果具有可溯源性。     

线性位移台直线度高精密外差干涉测量装置

直线度测量中往往存在有限的测量范围、精度低和阿贝误差等问题。本文提出了一种高精密直线度外差干涉测量装置,该装置由Koester棱镜、角锥棱镜、1/4波片、楔面棱镜和楔面反射镜构成。楔面棱镜为直线度传感元件,角隅棱镜和楔面反射镜是测量信号的回光元件。双频激光信号进入直线度干涉仪后组成几何空间对称四光路测量信号。四路测量光走过几乎完全相同的路径有效地提高了干涉仪的稳定性,并且使空程误差最小化。使用楔角为1°的楔角棱镜和2π/512细分的相位计,直线度测量分辨力为17.71nm。该方法不需要与行程同长的大反射参考镜,但同样能实现高分辨率,理论和实验证明空间对称测量结构避免了由俯仰,偏转和滚转角引起的阿贝误差的串扰,而且光学元件少,结构简单,方便易用,结果可以直接溯源到米的定义。     

内表面污染物的低相干光干涉检测法

为检测透明容器内表面是否存在污染物,建立了基于容器壁内表面反射的低相干光干涉测量系统。实验采用宽带低相干半导体激光光源和改进的迈克尔逊干涉仪。将测量臂光路对准透明容器,并调节参考臂的光程,使容器内表面反射光的光程与参考臂反射光的光程相等,并出现干涉现象,捕捉并记录此动态干涉信号。经MATLAB软件处理并提取此信号,根据干涉光强度的不同即可辨别透明容器内是否存在污染物。该检测法可为生物医学、食品质检等领域检测透明容器内表面污染物提供一种方便快捷的新方法。     

Analysis of changes in optical fibers during arc-fusion splicing by use of quantitative phase imaging

A non-interferometric imaging technique in conjunction with Abel inversion is used to directly and quantitatively examine the changes in optical fibers due to the heating produced during arc-fusion splicing as a function of fusion arc parameters. Phase images in the vicinity of a fusion splice are obtained using Quantitative Phase Microscopy, allowing the refractive-index change to be reconstructed with high spatial resolution. This simple, nondestructive method confirms that, for a fixed arc current, while the fusion time increases, the refractive-index of both fiber cores within the fusion region decreases in magnitude, the core region broadens, and the axial gradient decreases.     

使用Pb_(1-x)Ge_xTe材料提高红外薄膜光学器件温度稳定性

提高薄膜光学器件温度稳定性的一条途径是根据光学薄膜器件的稳定性理论 ,选择两种具有相反折射率温度系数的材料组成膜系 ,使材料随温度变化引起的位相变化相互抵消。但很难找到折射率温度系数可以完全相互抵消的两种材料 ,因此有必要找到一种折射率温度系数可以调节的材料。研究表明 :红外长波材料 Pb1-x Gex Te的折射率温度系数可以随 Ge组分 x的改变而改变。研究结果证明使用 Pb1-x Gex Te材料 ,薄膜光学器件温度稳定性得到了很大的提高。     

利用Pb1-xGexTe材料的折射率异常性质改善红外光学薄膜的低温性能

红外薄膜干涉滤光片性能在低温下的变化是空间遥感系统中的一个关键性问题。经研究表明IV-VI族半导体PbTe和GeTe的赝二元合金Pb1-xGexTe在铁电相变点具有折射率异常—相应于铁电相变,Pb1-xGexTe薄膜呈现出最大折射率值。用Pb0.94Ge0.06Te材料代替PbTe材料,制作了一个红外薄膜干涉滤光片。测试结果表明:其中心波长漂移从0.48nm/K改进到0.23nm/K,在所测量的80K～300K的温度范围,用Pb0.94Ge0.06Te材料制作的滤光片的峰透过率高于用PbTe材料制作的滤光片约3%,从而极大地改善了光学薄膜器件在深低温环境下的稳定性和可靠性。     

基于起重机配合使用的电子吊秤机械安全测试方法研究

本文结合与起重机配合使用的电子吊秤机械安全试验工作中存在的一些问题,分析了电子吊秤在不同的工况使用条件及不同的使用频度对电子吊秤疲劳的影响,提出了如何进一步做好电子吊秤的机械安全性能试验的建议,旨在能提高我国电子吊秤的产品质量,供同行参考。