模拟环境中能见度透射测量与散射测量比对

能见度是气象、环境和交通观测的重要参数,针对不同原理能见度测量设备没有统一的测试环境和定标标准的问题,设计了能见度环境模拟舱。采用造雾和净化组合实现10 m^50 km能见度模拟。寻找模拟舱内空气均匀度监控方法,消除由空气不均匀带来的误差。研制了一种新型能见度透射式测量系统。积分球对光源能量监控和光信号接收起到重要作用,消除光源不稳定带来的误差。望远镜接收光束减小了光路调节的压力。白色LED光源受外部高频调制,信号测量端同步解调,有效消除外界光干扰。准直和扩束透镜组将光源发散角控制在1 mrad。反射光路实现了有限空间光程的增加,缩短了系统的安装基线。开展了实验室内模拟能见度测量实验,通过积分浊度计传递定标参数,结果表明两个系统在1.7~20 km测试区间相对偏差小于5%.与前向散射能见度仪对比,测量误差约10%,统一定标后测量误差减小到约5%。模拟舱控制系统结构合理,透射式测量系统稳定。     

基于散射法原理的能见度及气溶胶消光特性测量分析

气溶胶是指悬浮在大气中的各种半径为0.01～20μm的固体和液体粒子,它们对光的影响表现为散射和吸收,是致使大气中光波传输时能量损失的原因之一.介绍了两种测量大气气溶胶光散射特性的仪器,前向散射能见度仪和三波长积分浊度计,通过在合肥地区系统的测量,获得了该地区大气能见度和气溶胶消光的统计特征,为有关光学工程试验提供了科学依据.对比分析了两种设备测量结果,为提高探测精度,将两种仪器的测量结果放在一起进行了研究,获得了满足特殊试验要求的第一手数据,夏秋两季的能见度较高时,平均能见度的最大值超过10 000 m.实验结果对于大气环境评价和辐射气候效应及有关光学试验有重要的参考价值.     

基于光纤F-P干涉波长的溶液浓度测量系统研究

为了消除光源强度波动对测量结果的影响，根据溶液浓度与其折射率的关系和光纤法布里珀罗(F—P)干涉仪透射光谱中心波长与干涉仪腔内介质折射率之间的关系，利用其透射光谱的中心波长进行透明溶液浓度的精确测量，开发出测量实验系统。采用可调光学滤波器对传感信号进行采集。对浓度为5％～80％的酒精进行了实际测量实验，浓度最大测量偏差为0．003％。该系统具有如下特点：1)与CCD测量技术相比，采用法布里-珀罗干涉系统透射光谱的波长信号进行溶液浓度测量，可实现连续大范围、高精度测量；2)消除了光源波动对测量结果的影响，可实现连续高精度测量，且测量范围宽；3)直接利用光电探测器PIN进行传感信号的检测，使系统计算简单；4)便于实现分布式遥测系统；5)直接拟合出F—P干涉波长与溶液浓度之间的关系，使其更适合于工程实际的应用。     

基于积分浊度法测量气溶胶散射系数的系统设计与实现

大气气溶胶散射系数不仅是反映大气污染程度的指标,也是研究气候变化的重要参数之一。介绍了一种基于积分浊度法测量大气气溶胶散射系数的方法及系统设计。分别从系统原理、硬件设计和软件设计等方面介绍系统设计实现过程;采用恒流驱动方式保证光源稳定发光,高速单光子计数方式对散射光信号进行探测。最后通过实验验证了系统光源的线性、稳定性和探测器的准确性,并给出了与HW-N1型前向散射式能见度仪测量结果的对比,得出系统的设计是可行和可靠的结论。     

采用光束扫描的透射仪测量光路自动准直系统

能见度是航空、航海及其他领域关系到安全保障的重要气象要素之一,透射式能见度仪在安装和使用过程中测量光路的准直状态,对能见度测量精度有重要影响。根据其光学系统的特点提出了一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直方法,并基于该方法设计了自动准直系统。系统通过电机驱动发射端探测光束与接收端接收视场分别在两个垂直方向上进行扫描,计算发射端与接收端的准直方位角,进而实现透射仪测量光路的对准。系统测试表明,系统可以实现透射仪测量光路的自动对准,方位角定位最大误差为66rad,准直时间小于10 min,系统具有准直精度高、过程自动化、易于安装等特点。     

Tm3＋：YAG晶体非均匀展宽特性测量

提出了一种测量Tm3＋：YAG晶体非均匀展宽特性的新方法。利用Tm3＋：YAG晶体对不同频率的光吸收能量不同这一属性,通过透射光强的变化,得到晶体非均匀展宽特性。从单个激发态粒子的阻尼谐振子模型出发,理论上给出了测量方法的数学模型。实验采用线性啁啾激光作光源,用光电探测器（PD）接收透射光功率变化。该系统波长分辨率为0...     

利用前向散射实现的双光路能见度激光测量系统

文中介绍的能见度测量系统 ,通过测量 0 .81μm激光光束在前向 30°方向的散射能及在直射方向的透射能 ,计算大气的散射系数 ,测量了能见度。该系统包括光学发射与接收、信号放大与处理及结果显示三部分。光学发射与接收部分主要由半导体激光器、准直镜、扩束镜、接收镜、截止滤光片、窄带干涉滤光片、PIN光电管等组成 ;信号放大与处理部分主要由电压跟随放大电路、采样保持电路、多路模拟开关电路、模 数转换电路、80 31单片机等组成 ;结果显示部分主要由显示器、打印设备、输出端口等组成。简述了该系统的工作原理及基本结构 ,对测量的稳定性、测量精度以及光、电干扰的抑制等技术难点进行了讨论 ,并给出相应的解决方案     

基于角反射器的单端透射式能见度仪的研究

大气水平能见度是交通运输等领域的重要气象要素之一。基于透射式水平能见度的测量原理,提出采用角反射器的单端透射式能见度测量方案。该系统的发射器和接收器组合一体,便于光路校准,光路往返增加了水平气柱样本长度,扩大了能见度测量范围。利用锁相放大技术抑制噪声有效提高能见度测量精度,测试结果得出,锁相放大电路测量大气透过率与实际值的相关系数达0.9998。最后给出大气能见度实测结果,定量计算显示,与国外能见度仪的测量结果相关系数R为0.9904。     

CO_2激光光源高温测量积分球涂层的研制

积分球是光学测量中广泛应用的仪器。球涂层材料决定了积分球的使用波段范围。对于高能CO_2激光光源,已有的积分球涂层均不能满足要求。因此寻求和研制新的耐高温涂层是制备CO_2激光光源积分球的关键。实验研究了采用100～-360目的青铜粉以烧     

基于DSP的嵌入式数字摄像夜间能见度测量系统

数字摄像夜间能见度仪的关键技术之一在于高速、实时地处理CCD采集的目标光源和黑体的图像信息。设计了一种基于TMS320DM642的小型化、便携嵌入式能见度测量系统,从硬件和软件上给于实现,并将其应用到数字摄像夜间能见度测量中。利用CCD采集25帧/s的PAL制视频流,数字化后送入DSP处理器,通过DSP实现目标光源与黑体的图像分割与定位算法,完成数字摄像夜间能见度的测量。实验结果表明设计的嵌入式系统能较好完成夜间能见度的测量。     

宽光谱宽光束瞄具透过率测试系统

介绍了一种可用于瞄具、望远镜、透镜等光学系统的新型透过率检测系统。系统集光谱技术、检测与转换技术、计算机技术等多种技术于一体,分别设计了白光和光谱光源准直扩束系统和双通道反射测量光路。可进行宽光谱范围和大口径透过率检测。同时保证系统减小杂光、背景光和光源波动引起的误差。光谱范围覆盖可见—近红外波段(300~1600 nm),测量光束直径可达60 mm,分别使用4种透过率的标准透过率板进行标定实验,得到绝对测量误差≤0.5%的实验结果。     

微型投影系统光路设计

为了改善传统的数字光处理投影系统（DLP）体积较大、结构复杂、成本较高、对光源的利用效率较低的问题,采用一种基于单颗三色发光二极管作为照明光源,单颗透镜形成平行光的新型DLP投影光路结构的方法,对传统光路进行了改进与优化。无需传统光路中的色轮,透镜直接实现了传统投影光路中聚光和匀光的复杂结构,并利用TRACEPRO软件进行建模,通过光线追迹对该投影光路进行了光学分析。结果表明,整个光学系统的体积控制在76.8mm×32.2mm×25mm,光能利用率达到了60.1%,光斑均匀性达到了96.6%,屏幕表面的光通量为21.7lm。该研究减小了投影光路体积,简化了光学结构,提高了光能利用率。     

改进型激光三角测头设计

设计了一种改进型激光三角测头,在传统直射式激光三角测距方法的基础上,提出了一种新型单透镜设计理念。以普通直射式激光三角法为基础,对该光路进行改进,在光学系统中使用一个分束镜来取代传统激光三角测头的聚焦透镜和成像透镜,令其与聚光透镜和光电探测器共轴,使系统的结构更加紧凑,并推导了满足该结构的Scheimpflug条件。同时利用Zemax光学设计软件仿真光学系统,系统入瞳直径4 mm,焦距20 mm,总长20.5 mm,满足测量系统的小型化。当与合适的光源和探测器配合使用时,能够在保证较高测量精度的前提下获得更大的工作范围,提高测量系统的环境适应性,可广泛应用于工业实时在线检测以及军事领域。     

紫外荧光法SO2监测仪激发光光路的设计仿真

为了解决国内传统的SO₂检测仪存在气室的荧光检测区域荧光强度低、进而导致仪器监测精度低的问题,设计了新的激发光光路结构。在该光路结构中,点光源通过平凸透镜准直,利用一窄缝消除竖直方向上的远轴光线,通过一双凸透镜汇聚到气室荧光采集区域的中心,并利用光阑减小杂散光的干扰。采用射线追踪算法作为严格矢量分析的工具,对设计的光路进行仿真分析。结果表明,优化后的光路使得激发光的能量损失降到了10%,且弥散斑也大为减小;用该光路与传统结构的光路进行实验对比,其示值误差由0.34%满量程变为0.18%满量程,质量浓度为100μg/L时的精密度由1.13μg/L变为0.53μg/L,质量浓度为400μg/L时的精密度由2.26μg/L变为1.1μg/L,两项指标均得到了提高。所设计的激发光光路结构能够有效解决传统光路的不足之处。     

NTT实现成功3 Tbit／s超大容量光纤传输系统

介绍了日本NTT公司最近实现成功用一根光纤传输3Tbit/s信号40km无误码的超大容量光纤传输系统及在该系统中采用波长复用大功率连续光源和宽带光纤放大器两个关键技术。     

非接触式指纹采集与识别的研究

为了构建一个结构紧凑、实时、高效、小型的指纹采集识别系统,提出了非接触式光学采集方法.即采用激光或非相干光源,利用激光透射、扫描和非相干光照射,通过超半球浸没透镜和双胶合透镜等组合的光学系统,运用光学非接触式方法实现完整、清晰的指纹图像的采集,这种方法有效地避免了接触式所造成的指纹的旋转、扭曲和变形,提高了采集图像的质量.从而为利用空间光调制器实现指纹的实时傅里叶相关识别提供了有效的保证.     

二氧化硫检测仪光源系统的优化设计

为了解决国内传统二氧化硫检测仪在光路上存在荧光数量少、采集精确度低等问题,提出了一种改进的光路系统。点光源通过透镜进行平行准直及会聚,利用窄缝减弱杂散光的干扰,改善了传统光路结构上光会聚效果差的缺陷,提升了检测精度。运用Zemax对新光路和传统光路进行仿真,通过对比点列图、探测视图得出新光路的方均根半径减小到35.439μm,几何最大半径减小到50.194μm,气体与光源接触区域的光强提高。对其进行实验检测,数据表明改进后的光路系统的二氧化硫浓度示值误差由传统仪器的2%缩减为1%,提高了检测精度。新研制的光路系统能有效解决上述问题,适用于二氧化硫检测仪的设计。     

新型激光投影显示方棒照明系统的设计

以非成像理论中光学扩展量的传递规律为依据,给出了激光二极管(LD)阵列作为光源的新型激光投影显示系统中方棒照明光路元器件尺寸及入射光束孔径角的确定方法。选用3×8红光LD阵列作为光源,0.45inch(1inch=25.4mm)硅基液晶(LCOS)芯片为空间光调制器(SLM),应用光学设计软件Zemax给出了方棒照明系统的设计实例,包括LD阵列光源光束整形系统、方棒匀光系统、方棒中继系统的设计。结果显示方棒照明系统具有较高的光能利用率及较好的光斑均匀性。由此得出较高光能传递质量的新型激光投影显示系统中方棒照明系统的设计方法。     

基于LED光源可自由转化光斑形状大小的组合透镜

基于非成像光学理论,根据LED光源特性,文中提出一款由两个透镜组合形成的光学系统,其可自由转化光斑形状和大小。从基本的透镜结构出发,利用SolidWorks软件,建立有微阵列结构和曲面条纹的透镜,再利用光学软件LightTools仿真模拟光路,可以通过改变两透镜间距实现光斑形状由矩形光斑到椭圆光斑到圆形光斑之间的转化,同时还可以改变光斑大小,发散角可由20°变化到50°,整体系统发光效率均可保持在93%以上。