两探测面结构激光粒度仪的接收光路设计

为了扩大激光粒度仪测量的动态范围,采用同轴的两组接收透镜,将两个硅光电探测器阵列分别置于前组透镜的后焦面和两组透镜的组合后焦面上,对测量信号进行组合后用改进共轭梯度法处理数据。通过优化光路结构,采用两组双胶合透镜和探测环半径均不大于45mm的探测器可满足同时测量5～3500μm粒径的要求。     

高精度激光三角法位移测量被测表面倾斜影响研究

在高精度激光三角法位移测量中，被测表面的倾斜对测量准确度有很大影响。本介绍利用光散射的基本原理研究光电接收器接收面上象光斑的光能质心偏移与倾斜角及位移量之间的定量关系，给出了计算机模拟及实验结果，探讨了减少或消除被测表面倾斜影响的方法。     

一种高灵敏度传感器：—四棱镜光点检测器

本文介绍一种用于激光准直高精度直线度测量的高灵敏度光电信号检测器,该检测器根据激光束腰处聚焦光斑点小的特点,采用一种四棱镜光点会聚式检测器来接收激光束信息,它的检测灵敏度比传统的四棱镜式四象限位敏传感器高出一个数量级以上;该检测器对激光束平行漂移与角漂移表现出不同的检出特征,因而尤适合于做为激光束漂移补偿检测和直线度误差检测;该检测器还具有结构简单、使用方便等优点。     

基于Zemax的谱域光学相干层析系统分辨率提高技术研究

对谱域光学相干层析(SD-OCT)系统中的透镜组进行设计优化,是提高系统成像质量的重要步骤。本文基于Zemax仿真对样品臂中的场镜和光谱仪中的聚焦透镜进行了设计和优化,并且根据点列图、波前图等分析手段对结果进行了像质评价。结果表明,本文设计的场镜可以使系统具有理想的成像质量和良好的横向分辨率;所设计的光谱仪中的聚焦透镜使得聚焦光斑的尺寸小于CCD的像素点宽度,避免了CCD在接收信号时各像元之间造成干扰,从而提高了光谱仪的分辨率。     

精密测量用光电传感器集成化研究

描述将散射法、三角法、干涉法三种不同工作原理的光电传感器功能集成为一个新的传感器,即一个具有同一光源、共用光路和同一光电信号接收器件的传感器。它可同时测量Ｒａ＝０．００２５μｍ￣５μｍ范围内的表面粗糙度、表面微观形貌,以及０￣３００μｍ的微小位移。测量精度与采用前述三种工作原理的单个传感器相近。     

改进型PSD非线性误差分析及其应用研究

阐述半导体光电位置敏感器件(PSD)的横向光电效应,改进型2D-PSD的结构、特点、工作原理,在此基础上,提出一种新的电桥理论分析2D-PSD的中心与边缘产生非线性及其误差的原因.采用高精度低温漂高输入阻抗的前置放大器,加法器、减法器、除法器等元器件设计了一种改进型2D-PSD的信号调理电路,用于高精度的激光准直系统中.该信号调理电路将激光束经光学透镜、光阑.滤光器等光学元器件处理的光信号转换为电信号后,送入数据采集系统,利用直线度测评软件直接在计算机上将被测件的直线度测量显示.系统特点是:响应速度快;位置分辨率高;能实时检测等优点.最后给出测量实验结果和几个重要结论.     

工业中使用的光电探测器

１　工作原理光电系统基本元件包括一个脉冲调制的光束发射器和一个接收光信号的接收器。当传送的光束被截断之后，接收器的输出关闭并发出警报，指示灯燃起或起动控制系统。发射器中的关键元件是一只很小的砷化镓（或其它半导体化合物）发光二极管。还有一只小型反射镜用于光束定向，加入透镜是用以增大光的输出。五种基本类型是：透射式，后向反射式，无源反射或近贴式，会聚光束或标记式以及三角光学面反射式。在透射式系统中，从发射器中发出的经过脉冲调制的光束对准单独封装的接收器。当目标没有出现时，光束进入接收器。当光束被目标…     

自动套色系统中误差色标检测光电传感器的设计与实现

针对在凹版印刷中表征套印误差信息的色标信号检测问题.本文依据各颜色画面相对背景色对光能吸收不同的光学原理,利用半透半反光玻片的异面性和光电池光电转换功能,设计和实现了一种色标检测光电传感器.针对光电池光电转换输出信号较弱且非数字性的问题,进行了信号调理.实验结果和现场应用表明,该光电传感器具有结构简单.检测距离远((10±2)mm)、光斑半径小(φ1.5 mm)、灵敏度高、响应速度快(0.2 ms)、性能稳定可靠等优点.     

临界角法探焦静态特性实验研究

临界角法探焦分辨力高、动态范围适中、结构简单、系统调试容易。采用临界角棱镜、光电探测器等器件组成光路得到离焦信号便可计算出离焦量。实验采用单光路临界角法 ,用四象限探测器探测输出信号 ,物面微位移采用压电陶瓷作为驱动元件。通过对离焦误差信号FES的分析 ,得出临界角法探焦静态分辨力优于0 0 2 μm、线性范围可达± 4 5 μm。     

高效非成像聚光光学系统设计与性能分析

针对菲涅尔透镜存在实际光学效率偏低的问题,本文设计了一种由非球面透镜和棒锥镜组成的高效非成像聚光光学系统。在光学设计软件Zemax的序列模式下对非球面透镜进行了优化设计,通过最大程度地减小球差,像面光斑的几何半径从42 mm降到了1.7 mm。基于此,在Zemax的非序列模式下,完成了非球面透镜和棒锥镜的建模和优化,通过蒙特卡罗光线追迹分析实现了光学效率为87%、接收角为0.9°的非成像聚光光学系统。最后,基于非球面透镜阵列和棒锥镜样品,实现了高倍聚光型光伏模组的封装与测试。测试结果表明,该模组的光电转换效率达30.03%,与菲涅尔透镜构成的高倍聚光型光伏模组相比有显著提升。     

三角法激光测量系统的误差分析及消除方法

从理论和应用两方面分析了三角法激光测量系统的误差，得出：定点标定和插值可以消除光学放大率随测量点位置变化的影响；双光路方案或标准点校准方法可以消除光线路径随环境温度，湿度变化而引入的误差；提高激光束质量和采用峰值求光斑中心的方法，可以消除激光束强度分布，物体表面粗糙度，CCD传感器，信号处理电路等引入的误差。     

激光多普勒效应测量面内位移一些问题的研究

本文采用散斑干涉理论研究固体表面面内位移测量的激光多普勒效应方法。理论和实验表明测量结果中存在一项随机相让误差，尽管该误差可在一定程度上补偿，但不能消除，因而限制了测量精皮的提高。此外，本文还给出了测量过程中信号随机消失的原因以及延长信号不间断距离的方法。     

基于线阵CCD的高精度位移传感器前端设计

为了实现对微小位移的高精度非接触测量,设计了一种基于线阵CCD的高精度位移传感器前端模块。运用激光三角测量法设计了光学镜头,利用FPGA产生线阵CCD所需的驱动时序,CCD输出的一维视频信号经过前置电路处理后得到稳定的模拟信号,供数字电路进行处理。系统具有结构简单、体积小、输出信号稳定、分辨率高、测量精度高等特点。实验测试表明,该传感器前端模块输出模拟信号稳定,干扰小,计算得到最大量程为±15 mm,精度可达到20 μm,能广泛应用于微小位移的精密测量。     

一种新型单频激光干涉系统的研究

这种单频激光干涉系统采用共光路设计布局,通过偏振分束器以及1/4波长片等光学器件对干涉条纹进行空间移相,提取相位依次相差90°的三路干涉输出信号,进行比较放大,解决了常规单频激光干涉仪中的光强“零漂”问题。利用共模抑制技术,提高了干涉系统的测量稳定性和重复性。采用光程差放大技术,提高了干涉系统的分辨力。     

激光多普勒位移测量中散射光多普勒信号强度与系统结构参数相关的分析研究

利用激光多普勒效应实现固体面内位移测量时 ,由于散射光的多普勒信号十分微弱 ,有时还出现淹没或不连续 ,影响位移测量精度。本文研究提高信号强度的途径 ,推导出在差动多普勒位移测量系统中 ,散射光多普勒信号强度与系统结构参数的关系 ,为测量系统结构设计提供理论依据     

Highly stable differential phase optical interferometer using rotating Ronchi gratings

We describe a dual-beam differential phase interferometer that performs direct phase measurement by using a rotating Ronchi grating filter. Two laser beams derived from a single source are focused onto the sample surface. The reflected light will retrace the same path and intersect at the back focus of the objective lens. Interference between the reflected rays will therefore produce intensity fringes with their spatial location governed primarily by the differential optical phase of the probes. When the fringes are projected onto a rotating grating filter with identical periodicity, the transmitted optical signal becomes an oscillating signal from which the optical phase can be measured by standard phase-sensitive techniques. This approach has the advantages of simple system configuration, effective isolation from environmental disturbance, and low-frequency operation, which permit the use of high impedance electronics with shot-noise-limited performance at low laser power.     

大视场激光探测与告警技术

利用四路红外非制冷焦平面探测器、大视场光学系统、窄带滤光片和信号处理系统,构成了凝视成像激光探测与告警系统。光学系统采用三片式结构的广角镜头来实现大视场;使用先进的非球面光学设计技术,并以FPGA完成探测器响应信号的非均匀校正,以改善像质;通过光学系统的畸变校正,提高激光的探测方向精度;利用激光和背景强度之间的反差,通过激光目标检测算法进行告警。实验表明,该系统能在127视场范围内对波长为1.315靘, 2.7靘, 3.8靘, 10.6靘的4种激光进行告警,探测功率密度范围为0.05 ~50mW/cm2,探测方向精度可达1。     

大尺度二维直线度测量仪的研制

研制出一种新的基于离轴成像技术的远距离、大范围二维直线度测量仪。仪器的直线基准为整形的十字线激光光束,光电二维位置敏感元件采用互相正交的线阵CCD,所设计的带有狭缝的离轴光学系统,避开激光十字线光束的能量中心,以使线阵CCD输出信号不会出现饱和现像,从而扩大了测量距离,保证了测量精度。该仪器能在0-20m测量范围连续测量二维直线度,其直线度可达0-70mm,精度优于0.1mm。实际的多次室外环境测量表明,该仪器可适应不同天气环境下的野外作业。     

半光斑成像式多功能激光瞄准测头的研究

运用半光斑成像原理设计了一种用于三坐标测量机的多功能激光瞄准测头。详细介绍了测头的光学系统工作原理和设计思路,采用自适应控制方法实时调节激光光强使其可以适应不同光学特性表面的瞄准测量,并进行了多功能测头的重复性瞄准测量、灵敏度测量、倾角跟踪实验。实验结果表明,该测头重复性瞄准测量不确定度优于1 μm,测量灵敏度可达30 mV/μm,激光跟踪瞄准被测曲面倾角可达25°,能满足三坐标测量机的使用要求。该测头具有检测速度快、自动化程度高、瞄准精度高的特点,结合三坐标测量机或者其它测长仪器,能够实现对自由曲面进行快速精确瞄准及轮廓图像瞄准测量,具有广泛的应用前景和实用价值。     

1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统研制

针对目前国内激光测振系统价格昂贵、使用不便的问题,采用1 550 nm波段成熟的窄线宽光源和光纤元器件研制了一套低成本的全光纤激光测振系统原理样机。此原理样机光路部分采用马赫?泽德干涉仪结构,搭建了外差式激光干涉光路,参考光被40 MHz的声光调制器调制,与测量光在光电探测器表面发生干涉,产生原始的激光多普勒信号;信号解调部分采用相位解调法对原始激光多普勒信号进行解调,得到振动目标的运动特性,包括位移、速度和加速度信息。采用本单位的振动标准装置对其性能进行了测试,实验结果表明：在10 ~ 2 000 Hz的中低频振动范围内,1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统峰值位移、速度和加速度的测量误差在-0.6% ~ 0.7%内。该系统在中低频段具有较高的测量准确度,且成本相对较低、操作便捷,具有技术借鉴价值。