哈特曼探测器的高精度调节机构

设计了基于高精度直线驱动器和曲柄滑块机构的高精度二维角度调节机构,以实现2m口径望远镜中哈特曼探测器与自适应光学系统间的高精度对准与自动化调节。依据光学设计分析得出调节机构分别需满足±1°的调节范围和6"的调节精度。根据哈特曼探测器的外形结构和调节机构的整体布局,选择了调节机构中的主要参数,对整体调节机构进行了初始设计并分析了它的精度和动态特性。利用自准直仪设计了调节机构的检测系统,对设计的调节机构的调节范围、精度和动态性能进行了实际测量。结果表明:哈特曼探测器调节机构在俯仰和扭摆方向上的角度调节量均约为±1.2°,调节精度分别为0.43″和2.1″,均满足设计要求,为哈特曼探测器的高精度探测奠定了基础。     

基于激光位移传感器的面角度测量技术研究

针对面角度现场测试需求,利用激光位移传感器的漫反射测量特性,搭建了面角度非接触测量装置,提出了一种结合三坐标测量机和位置敏感探测器对激光位移传感器进行空间坐标化标定的方法,从而构建出精确的面角度测量模型;采用蒙特卡洛法对面角度非接触测量装置的不确定度进行评定,在±25°测量范围内其结果为U=0.044°~0.046°(k=2);通过性能验证试验、重复性试验和稳定性试验对装置的性能指标进行考核,在±25°测量范围内其绝对测量示值误差不超过0.036°,重复性不超过0.004°,稳定性不超过0.021°;实验结果表明该基于激光位移传感器的面角度非接触测量装置准确可靠,具备开展面角度现场测试应用的前景。     

多角度偏振浊度计系统设计

采用单探测器扫描测量方式设计了一套多角度偏振浊度计系统,该系统采用连续扫描的方式,可以获得在10°～170°范围内任意一个角度的散射光相对光强,进而得到气溶胶颗粒物的光散射特性。简要介绍了系统的工作原理,详细介绍了装置的组成与系统的调试,并利用该装置测量了DEHS气溶胶颗粒的光散射特性,实验结果与理论值拟合情况较好,进而证明了系统的可靠性。     

LED的光谱分布可调光源的设计

介绍了一种光谱分布可调光源的设计,该光源由积分球和大量不同颜色的LED组成.在可见波段.这种光源能产生不同光谱曲线,可以模拟很多不同光源的光谱分布.该项设计通过仿真使光源的光谱分布模拟目标光源的光谱分布,并设计了电源控制箱精确地控制每个LED模块.光源的面非均匀性为0.53%,角度特性在±10°以内,最大偏差为0.77%.这种新型光源在光辐射测量中可以作为一种传递标准.     

基于六轴串联机械手的双向反射分布函数测量装置

由于现有的双向反射分布函数(BRDF)测量装置多为3轴系统,不能完全实现样品表面以上2π空间的全角度BRDF测量,本文研制了新型BRDF测量装置。该新型装置采用高精密六轴串联机械手作为待测目标的定位机构,使待测目标在测点进行三维转动;采用竖转台作为探测器探头的定位机构,使探头指向绕测点进行一维转动,从而形成4维转动以构建BRDF测量所需的4角几何关系。研制的装置可测量的入射和反射光束角度为:方位角0~360°、天顶角0~70°;光谱可扫描区350~2 500nm。BRDF测量过程由测控软件控制,可高精度、无遮挡、全自动、快速地构建BRDF测量几何关系,一次待测目标和探测器定位以及光谱扫描、传输、显示、存储平均用时约8s,测量不确定度优于2.5%(k=2)。     

外部导入激光的积分球辐射源的研制

为了满足光谱辐射遥感器的定标需求,研制了一种新型的外部导人激光的积分球辐射源.这种积分球辐射源不仅完全满足辐亮度响应度定标对定标光源的要求,而且可以对高光谱、超光谱仪器的光谱辐射响应度进行精细扫描.通过导入单波长激光对积分球辐射源的基本辐射特性进行了研究,测试结果表明,这种积分球辐射源的辐亮度非稳定性在0.5 h内为0.09%;平面非均匀性在积分球出口中心Ф63 mm内为0.16%;±22范围在水平面内和垂直面内的角度非均匀性分别为1.8%和0.7%.由于其具有光谱辐通量高、单色性好、波长准确性高、可宽波段调谐等优点,可以在辐亮度模式下直接标定仪器的光谱辐亮度响应度.     

多角度偏振辐射计星上积分球结构设计及检测

为满足星载多角度偏振辐射计六孔径同时定标及全光路定标的要求,根据多角度偏振辐射计的光路特点和结构约束设计了六出孔椭球形积分球定标源,并对积分球辐射输出的一致性﹑均匀性及偏振特性进行了检测。其中,一致性的检测采用定标后的光谱辐射计直接测量;均匀性的检测考虑积分球出口小,采用了透镜加光阑扫描的方法;偏振度的检测使用了根据马吕斯消光定律设计的线偏振检测仪。实验和检测结果表明,采用的检测和数据处理方法提高了系统的信噪比和测量的准确性。积分球成对开孔输出一致性优于99.5%,面均匀性优于99%,偏振度低于1%,这些结果满足多角度偏振辐射计的辐射定标需求。     

提高杂光系数测量用积分球装置中照明均匀性的理论分析与实验

本文从积分球的基本理论出发,作一些简化和近似,分析了改进杂光系数与像面照度分布测量用积分球装置照明均匀性的途径,并结合研制ZG—2型杂光测定仪的具体实践,进行了实验和讨论。结果表明,使照明光源朗伯化是最重要的解决办法。由此,在直径1.6m的积分球内,半球上面的亮度均匀性偏差可小于±3%,远优于国际标准草案的要求。     

光电测量设备光学系统的像面照度均匀性检测

提出了一种光电测量设备光学系统像面照度均匀性的检测方法.该方法首先对被检设备的CCD进行标定,然后用给出的均匀性检测系统对整机光学系统进行检测.该检测系统利用积分球产生均匀背景光信号,将光测设备置于积分球通光口处,利用计算机采集CCD图像.根据CCD的标定结果,用两点多段校正算法对采集到的图像进行校正,通过对校正后的图像进行分析,得到像面照度的不均匀度.此外,将图像分为多个区域,计算各个区域的灰度与像面中心区域灰度的比值,得出图像的灰度分布,实现了光电测量设备光学系统像面照度均匀性的室内检测.利用研制的光电测量设备光学系统像面照度均匀性检测系统对某型号光电测量设备进行了检测,得到了该设备光学系统像面照度不均匀度达到18.7%,不满足不均匀度≤10%的要求,应对该光测设备进行重新装调.在重新装调后对该设备进行复检,得到重新装凋后的不均匀度为6.7%,像面照度均匀性得到了提高,验证了该方法的有效性.     

二维光电水平倾角测量系统

针对高端装备制造中对大尺度机床误差测量与补偿的要求,本文基于光学自准直原理和液体表面反射原理,研制了一种二维光电水平倾角测量系统以实现对机床滚转角和俯仰角的测量。该系统使用半导体激光器发射激光,经光学自准直系统于待测硅油表面将被测倾角放大二倍。然后,由位置敏感探测器感测光斑位置变化,输出包含角度信息的光电流信号,并由低噪声四路同步微弱信号处理电路进行相同倍数的放大以减小误差。最终,由高速采集卡进行数据采集,经均值滤波、曲线拟合、解算处理后将其转化为倾角信息,从而实现二维角度测量。在光学平台进行了对比实验,结果表明:测量系统在-10~10mm/m(约为-2 000″~2 000″)量程内,角度测量误差小于±0.050mm/m(约为±10″),线性度优于0.25%,满足大尺度机床二维水平倾角检测对大量程、高精度、高稳定性的要求。     

线阵CDD光电参量测试系统的研究

讨论了线阵CCD光电参量测试系统的标定、调试以及CCD光电量的测量方法。重点进行了以下几个方面的讨论:积分球光源色温标定原理、方法及结果验证;线阵CCD光电参量测试系统的调试与标定(用标准探测器标定辐照度,用标准探测器标定参考探测器,用参考探测器标定辐照度,积分球出射光均匀性校正);线阵CCD各光电参量测量方法及计算程序.     

齿轮电子束环焊缝超声自动检测系统研制

针对中小模数焊接齿轮环焊缝检测中内孔面尺寸小,无法进行手工检测的问题,开展了超声自动检测技术研究,并开发了自动检测系统.检测采用了较高频率的聚焦探头从内孔面沿径向入射的检测方式,取得了较好的检测结果.自动检测系统由超声检测子系统、机械扫描子系统、控制子系统、超声检测信号处理及显示、系统校准试件5个子系统组成.检测结果可以用曲线和统计数据的形式显示在计算机屏幕上,也可以输出打印.     

计算机自动测试系统的应用

该文简述了计算机自动测试系统的特点,介绍了计算机自动测试系统的组成方式,以热处理炉炉温均匀性自动测试系统为例,详细分析了热处理炉炉温均匀性自动测试系统的系统结构以及工作原理。介绍了计算机自动测试系统数据处理过程、接口总线的应答方式,分析了热处理炉炉温均匀性自动测试系统采用RS232C通信方式的实现过程。     

探测器尺寸对大面积脉冲激光光场均匀性检测精度的影响

对大面积脉冲激光光场均匀性检测的方法进行了比较。针对步进扫描法检测光场均匀性中探测器尺寸对检测精度的影响做出分析,为合理选择探测器尺寸,提高检测精度和检测结果的可信度提供理论依据。通过计算机模拟和实验证明,选择尺寸合适的探测器可以显著提高光场均匀性检测精度。     

大型光学设备检测中大口径平行光管波像差的消除

使用大口径平行光管检测大型光学设备或元件时,平行光管的自身误差会影响检测结果,故本文提出了一种消除光学检测结果中平行光管引入误差的新方法。该方法使用干涉仪获取平行光管和光学检测系统的出射波前信息并以37项Standard Zernike Phase多项式进行拟合;通过两组系数相减分离平行光管引入误差,再配合ZEMAX中建立的等效被检光学系统的仿真模型模拟真实系统的出射光锥,最终获得被检光学系统真实的出射波前信息。利用ZEMAX中的光学系统模型验证了该方法在大口径光学检测工作中的可行性;使用焦距为1 597mm,口径为150mm的小型平行光管、焦距为50mm的光学镜头进行了实验。实验结果表明:使用该方法获得的被检光学系统出射波前与真实波前的PV值误差小于0.005λ,RMS值误差小于0.001λ,可以满足实验室中对被检光学系统成像质量参数检测的精度要求。     

大口径数字波面检测技术的研究

现代光学系统多采用大口径的光学元件来提高系统的测试精度。数字波面干涉仪是一种高精度光学元件检测设备,但目前传统的技术无法满足检测大口径光学元件的要求。在普通数字波面干涉仪的基础上,采用目标函数多孔径拼接技术,能很好地解决大口径光学元件检测问题,最终得到较完整的波前信息。     

基于四象限探测的激光粒度仪自动对中技术

针对激光粒度仪手动对中自动化程度低、不易调整等问题,提出了基于四象限对中单元的新型50通道光电探测器的自动对中方法。该方法根据光束是否处于四象限探测器的感光范围,将自动对中过程分为粗对中和精对中两部分。当光束不在四象限探测器的感光范围内时,可根据探测器的特定结构进行粗对中;当光束处于四象限探测器感光范围内时,根据四象限探测器产生的光电流强弱判断探测器的运动方向进行精对中。在粗对中过渡到精对中后采取变步长方式,通过比较对中精度和对中所需时间确定算法的最佳截止条件。完成了激光粒度仪自动对中系统硬件和软件的设计,实验验证了对中系统的可靠性与准确性。结果表明,最终的对中分辨率高于5μm。使用该技术对标准颗粒样品进行了测量实验,结果证实自动对中后的测量数据符合国家激光粒度仪校准规范的要求。     

Dark field X-ray microscopy: the effects of condenser/detector aperture

In order to visualize the functionality of a biological cell, it is often desirable to label specific proteins. In this work we concentrate on the optical theory of visualizing colloidal gold labels with soft X-ray microscopes, where scattering from small gold spheres used as labels dominates the image. Using numerical simulations of bright and dark field imaging, we compare different configurations of condenser and objective lenses in transmission X-ray microscopes, and configurations of detector and objective lens in scanning transmission X-ray microscopes. It is verified that the contrast of small, closely spaced features is strongly affected by changes in these configurations; the optimum situation is to have the condenser aperture (in TXM) or detector aperture (in STXM) equal to 3/2 that of the objective numerical aperture.     

A Novel Opto-Mechanical System Coupled to a Spectrophotometer for Measuring Coatings on Small Size Substrates and Optical Fiber Filters

Abstract

A novel opto-mechanical system coupled to a commercial spectrophotometer using optical fibers was developed to measure optical transmittance of small samples, like filters deposited on optical fiber tips or micrometric substrates, as well as to investigate transmission uniformity of filters by surface scanning. It consists of two identical modules, reference and sample, both inserted in the chamber of the spectrophotometer. Each module was formed by an optical fiber, 200 µm core diameter and numerical aperture of 0.22, supported by adjustable positioning mounts for easing alignment. The system was validated by measuring the transmittance spectrum of a coated glass substrate with and without the opto-mechanical system, showing no significant differences between both methods. To determine the system versatility were undergone two transmittance experiments: one for a filter deposited on the tip of an optical fiber and the other by scanning the surface of a coated glass substrate. It can be concluded that the opto-mechanical system allows to measurement the transmittance of small size filters and optical fibers filters, as well as to scan over large coated surfaces to investigate coating uniformity.