激光多普勒流速仪的干涉条纹理论分析及测量

激光多普勒流速仪(LDV)具有准确度高、非接触测量、动态响应快等优点,在流速测量中得到了广泛应用。条纹的非一致性是影响激光多普勒流速仪测量精度的重要因素,因此精确获知测量体中干涉条纹间距及梯度分布情况,是激光多普勒流速仪准确测量流速的前提。对激光多普勒流速仪测量体中的干涉条纹间距及梯度分布进行了理论分析,揭示了高斯光束固有传播特性与其测量体中干涉条纹分布之间的关系,确定了影响干涉条纹分布的参数。使用光束分析仪分别获得绿光和紫光的束腰半径为114μm和83μm,并确定了束腰的空间位置,利用测得的相关参数量化了绿光和紫光测量体中任意位置的干涉条纹间距及梯度分布,绿光和紫光测量体中归一化后的条纹梯度最大分别可达0.46%和0.60%。通过与转盘装置所测得的绿光和紫光干涉条纹间距结果进行比较,对干涉条纹分布的理论分析及测量结果进行了验证,最大相对误差分别为0.87%和0.78%。     

一种新的激光方位探测系统设计

通过对平行激光在光学劈尖上产生等厚干涉条纹的分析,提出了一种新的激光方位探测方案。介绍了本方案的数学建模原理,给出了其实现系统,它由6个光学劈尖构成的激光方位探测光学窗口和探测电路组成,通过测量光学劈尖上干涉条纹的间距精确地探测出入射激光方位和波长。测试结果表明,该方案具有探测精度高、反应速度快等优点。     

相干组束光纤激光干涉图样分布研究

为了研究两相干组束光纤激光的干涉图样的分布特征,采用数值计算和实验相结合的方法,对干涉图样进行了理论分析和实验验证,取得了在不同光束间距及不同傅里叶透镜焦距下的干涉图样分布图。干涉图样的条纹分布和条纹可见度主要受到激光光束间距、傅里叶变换透镜焦距以及光束束腰半径等参量的影响。随着光束间距的增大,干涉条纹间距减小,条纹数目增多,条纹可见度减小;傅里叶变换透镜焦距增大时,干涉条纹数目没有明显变化,条纹间距略有增加,条纹可见度增大。这一结果对相关实验工作将有一定帮助。     

一种基于劈尖干涉的激光波长测量装置的研究

基于激光在光学劈尖表面上产生干涉条纹的特点,设计了一种激光波长测定装置。利用线阵CCD将激光垂直照射光学劈尖表面时所生成的干涉条纹感应成电信号并转移输出,经过线性放大、模数转换后变成有限长的离散周期序列,通过快速傅里叶变换测定条纹间距来计算出激光波长,并用532 nm,632.8 nm,980 nm三种波长的激光进行了测试。测试结果表明该装置在背景光不是太强的情况下,性能令人满意,精确度较高,并能从虚拟仪器面板上直观形象地观察信号波形和结果,具有一定的实用性。     

激光斜入射角度对衍射对刀精度的影响

激光衍射对刀是通过检测激光衍射条纹峰值点间距来进行对刀间隙测量的方法。但是检测装置中装夹误差的存在会使得入射激光相对于成像光轴呈现斜入射状态,进而对对刀间隙检查结果及对刀精度产生影响。为了研究斜入射角度对衍射对刀精度的影响规律,建立了激光斜入射的衍射光强计算模型和峰值点间距误差的计算模型,进而给出了激光斜入射角度计算模型;理论结合实验分别提出了通过检测中央衍射条纹光强峰值点位置和两个一级衍射条纹峰值点间距综合进行激光斜入射角度校正的方法;根据具体实验工艺条件,确定了入射激光的最佳倾斜角度工艺调整范围,为有效提高激光衍射对刀精度提供了依据。     

规律性圆环测量中光电探测器的选型研究

采用可见光面阵CCD测量激光的远场能量分布时,在其光敏面上观察到了规律性圆环条纹的出现。为了精确测量圆环的能量分布和条纹间距,分析其形成机理,依据光的干涉和衍射理论,研究了面阵CCD主要参数的选取。研究结果表明:CCD的分辨率主要取决于衍射效应的条纹间距,动态范围取决于衍射条纹的级次,而最低照度由入射激光的功率和作用距离决定。研究成果可为分析规律性圆环条纹的形成机理提供技术支持和有益参考。     

基于灰度权重模型的激光条纹中心提取算法

为了在多噪声环境中精确提取激光条纹中心, 采用改进的灰度权重模型, 提取激光条纹的亚像素中心。通过均值阈值法以及改进的灰度权重模型对3维激光成像系统采集的图像进行了处理, 并与传统的算法进行对比。结果表明, 该算法能够较为完整地提取激光条纹区域, 并且其平均拟合相关系数为0.9809(最接近1), 平均列坐标最大差值为0.4518pixel(最接近0), 平均变异系数为0.0062(最接近0), 相对其它方法具有更优的结果, 能够抑制多噪声环境对于激光条纹提取的影响, 精确提取激光条纹的亚像素中心, 具有较好的鲁棒性。该算法为精确提取激光条纹的中心提供了参考。     

一种基于极线约束的激光条纹匹配算法

提出了一种基于极线约束的激光条纹匹配算法。先通过双CCD摄像机摄取左右两幅图像．然后对图像进行预处理。处理之后的两幅图像是在不同视角下摄取的两条单像素宽的激光条纹,在极线约束和连续性约束的理论基础上，提出了一种直线和曲线求交的匹配方法，从而实现了激光条纹的快速精确匹配和激光扫描线的三维重建.     

不同固体表面下激光多普勒测速的数值模拟

激光多普勒测速仪(LDV)的测量精度和应用受到光电探测器、环境状况、频谱加宽和信号处理等因素影响。本文根据条纹模型和散射机理建立了固体LDV的数学模型,并通过数值模拟详细分析了固体表面特性和测量精度之间的关系,实验结果和数值模拟结果符合得很好。LDV能够精确地测量出固体表面运动速度,但要求被测固体的表面粗糙度在一定范围内,而且这个范围由条纹间距和有效探测体宽度决定。     

水中气泡激光远场干涉分析

根据干涉理论对水中气泡产生的激光远场干涉现象进行分析,并对干涉光强度、产生的干涉条纹数以及条纹间距进行了计算.结果表明:水中气泡产生的远场干涉与气泡大小及观察角密切相关;条纹数随气泡半径呈线性变化;条纹间距随观察角的增大而增大.实际拍摄的干涉图像得到了很好的证实.     

干涉条纹图象变异条纹族间距的自动确定方法

干涉条纹图象是无损检测领域中广泛应用的一类图象，实现计算机自动处理干涉条纹对于工业检测自动化具有重要意义。干涉条纹分析中的一个重要步骤是确定条纹族的间距。传统的确定条纹间距的方法对于变异条纹族而言其计算精度不是很高。本文提出了一种新的条纹族间距确定方法－基准线条纹间距计算法，可以高精度地确定变异条纹族的间距。     

干涉条纹间距的自动检测

本文介绍采用ＣＣＤ，单片机组成的测量系统自动检测等间距干涉条纹的间距量，系统运用ＦＦＴ方法把干涉条纹的间距量变换为频域量，有效地排降了散斑噪声干扰，方便准确地得到干涉条纹的间距。     

一种基于极线约束的激光条纹匹配算法

提出了一种基于极线约束的激光条纹匹配算法.先通过双CCD摄像机摄取左右两幅图像,然后对图像进行预处理.处理之后的两幅图像是在不同视角下摄取的两条单像素宽的激光条纹,在极线约束和连续性约束的理论基础上,提出了一种直线和曲线求交的匹配方法,从而实现了激光条纹的快速精确匹配和激光扫描线的三维重建.     

基于M-Z干涉的相干高斯光束远场干涉图样研究

为了使远场相干光斑分布及干涉图样的条纹间距和条纹对比度满足激光主动相干探测的要求,对基于马赫-曾德尔干涉原理的相干光发射装置发出的相干高斯光束在远场的扫描相干光场分布特性进行了分析,推导了高斯光束远场扫描相干光场的解析光强分布公式,得到了高斯光束远场扫描干涉图样。利用物理光学相关原理推导了远场的相干光光程差、干涉图样的条纹间距以及条纹对比度的表达式。数值仿真分析了马赫-曾德尔干涉光发射装置的分束镜旋转角度、探测距离和扫描角速度对远场相干光强分布特性的影响,得到了这几个物理量之间的定量关系。结果表明,远场扫描相干光强分布主要受到分束镜旋转角度、探测距离和发射装置扫描角速度等参量影响;干涉光发射装置的分束镜旋转角度同时影响远场接收屏上干涉图样的条纹间距及条纹对比度。该研究结果对实际探测中如何选取分束镜的旋转角、使其在满足条纹间距目标尺寸要求的前提下,适当调节旋转角度,获得尽可能大的条纹对比度是有帮助的。     

提高激光衍射图样暗纹间距测量精度的一种新方法

根据间距插值细分的理论 ,介绍用硬件电路的方法来提高激光衍射图样暗纹间距的测量精度 ,给出了电路框图和模拟实验结果。结果表明 ,在激光衍射测微中 ,用硬件插值细分的方法可以使其测量精度更为精确     

超短脉冲激光烧蚀冲量耦合测量方法

超短脉冲激光烧蚀靶材产生的冲量耦合效应在激光烧蚀微推力器、激光清除空间碎片等航天应用中有广泛的应用前景,而高精度的冲量测量方法是研究冲量耦合效应的必须手段。采用基于激光干涉法的扭摆系统测量激光烧蚀靶材产生的冲量,并构建测量系统。研究扭摆系统纵轴振动和初始误差角对冲量测量产生的影响,扭摆系统纵轴高频振动导致了激光干涉条纹间距出现不均匀现象;此外,扭摆初始误差角越大,明条纹出现时间将前移,条纹数目变大,导致测量系统精度不高。通过建立的附加高频振动和初始误差角的误差分析模型,提出了基于最小二乘法的实验数据分析方法,该方法能够有效滤除高频测量噪声,解决了冲量测量精度不高的问题,进一步完善了冲量测量方法。     

相位屏法研究湍流大气对干涉图样的影响

基于马赫-泽德光路发射的相干光为模型,利用功率谱反演法生成随机相位屏的方法模拟湍流大气,分析了相干高斯光在湍流大气中的传输过程并建立了传输模型,推导得到了接收屏上的干涉光强。数值仿真分析了湍流大气对干涉图样分布以及条纹间距和对比度等特征参数的影响。结果表明,随着湍流强度增大,干涉图样变得模糊甚至破碎,条纹间距增大,对比度下降。此研究结果对于激光主动干涉探测技术的应用具有一定参考意义。     

单狭缝条纹管激光雷达的成像

介绍了一种新型激光三维成像方法,该方法用条纹管作为成像系统的接收端,使激光三维成像雷达具有高帧频、大视场角的特点.理论上介绍了该方法的成像原理,用实验验证了它对远距离目标的成像能力.建立了一套条纹管激光成像的演示系统,测定了系统中的关键参数,获得了室内、室外特定目标的条纹像.证实了这种条纹管激光三维成像方法的可行性.并对完善该套成像系统提出了自己的见解.     

原子光刻制备铬原子纳米条纹的实验研究

原子光刻技术可以制备高重复性的铬原子纳米条纹光栅,这种光栅可以作为纳米节距标准,实现对高精度的扫描探针式显微镜、电子显微镜等高端仪器的校准。高真空腔体中的固态铬原子受高温喷发出气态原子束,运动的原子束在冷却激光场和激光驻波场的分别作用下,实现原子束的准直与汇聚,沉积在位于激光驻波场后面的InP基片上。经过3h的堆积,得到间距为212.78nm,高度为9nm 的铬原子纳米条纹光栅。针对条纹生长速率较慢的问题,分析了具体原因,为后续工作提供参考。     

激光条纹亚像素中心精确提取方法

利用激光三角法对工件进行三维测量时，激光条纹中心位置的提取是实现高精度测量的重要因素之一。为了能够更好地取投射在工件形状突变处的激光条纹信息，通过改进最大类间方差法在激光条纹图像中选取多阈值以实现二值化分割。所提算法基于最小二乘法获取激光条纹骨架上的法向，避免了大量卷积计算，从而提高运行速度，最后在其法向上利用灰度重心法得到激光条纹中心的亚像素坐标点。实验结果表明：该算法在激光条纹中心提取过程中，相较于经典的Steger算法，在运行速度上提高近6倍，分辨率上提高近16%,在工业上适用于在线精确测量。