光学互相关测速系统设计与验证

针对两相流颗粒运动速度测量及基于互相关原理设计了双光路激光测速系统。采用搭建的变频电机带动绕丝产生已知旋转线速度的装置开展光学互相关测速验证实验。通过测量绕丝经双光路激光的光强衰减信号,再对两路信号进行互相关分析,从而得到测点绕丝旋转线速度。以电机转速计算的测点绕丝线速度作为参考值进行测量精度验证,得到光学互相关测速方法的测量相对误差在6%以内,验证了光学互相关测速方法的准确性。     

烟气颗粒物浓度激光测量仪光电传感器运算处理电路设计

设计了一种烟气颗粒物激光检测仪的激光信号处理电路,检测系统应用激光Mie散射原理.信号处理电路采集散射光的光强信号,采用双光路结构消除干扰噪声,将微弱电流信号转换成便于测量或转换的0-10V电压信号,输出稳定,反应灵敏,能够对输入的变化快速反应产生可信输出.     

全孔径背向散射诊断光学系统

基于新的激光聚变驱动装置的需要,设计了全孔径背向散射诊断光学系统并介绍了光学设计中涉及的若干关键技术。采用低反射率的楔形反射镜衰减背向散射光能量,降低后继元件对光学薄膜损伤阈值的要求。通过缩束镜缩小光束口径,减小光学元件尺寸;同时采取折叠光路结构来缩小系统体积。对空间滤波器和光学滤片进行组合,屏蔽了打靶倍频光干扰及不同散射类型的相互串扰。采用光学白板对色散严重的背向散射光进行漫反射匀化,使光谱测量系统获得完整的光谱信息。最后,选取抛物面为空间分布成像目标面,通过分析空间分布成像光束的结构设计了成像镜头。设计的诊断光学系统具有散射时间测量、光谱测量、空间分布成像、能量测量等功能,光学测量模块尺寸为1.9m×0.9m×1.5m。该全孔径背向散射诊断光学系统在新的激光聚变驱动装置中具有潜在的应用价值。     

激光后向散射法粉尘浓度监测仪结构剖析

根据激光后向散射测试原理设计的粉尘浓度监测仪结构,是将光学镜片及激光源、光接收器一同置于光学座内,利用材料的弯曲变形来调节测量光程;校准器利用反射片材料的弹性变形,实现了在线量程的校准;扰流片的应用,降低了镜片污染度,提高了监测数据的真实性。     

激光前散射与β射线相融合的颗粒物浓度监测系统

颗粒物污染已成为城市大气环境污染的主要因素之一,因此,针对传统的采样分析方法由于效率和实时性较低而无法满足当前对监测工作要求的问题,提出一种分散式部署激光前散射与β射线相融合的颗粒物浓度监测系统。该监测系统利用β射线法测量扬尘的小时浓度对激光前散射系统进行校准,监测实时、精度高,同时辅助以基于卷积神经网络的污染源图像识别技术,可有效提高系统的监测效率和污染源识别率。     

光阻法颗粒粒径测量验证实验

针对低浓度液体介质中颗粒物的数目和粒径检测问题,基于几何光学原理和Mie光散射理论分析,研究光阻法对球形颗粒的检测,采用角散射并结合图像法验证信号测量的一致性。搭建了一套能采用3种方法同步测试的实验系统,通过对实验测得的6种标准颗粒的光阻信号进行标定,对不同标准颗粒脉冲幅值进行统计平均后拟合和优化,通过拟合公式进一步测定了其他颗粒的粒径。结果表明,对于标称为15.0μm和63.6μm标准颗粒的数目中位径与标称值偏差均小于2%,同时对于混合颗粒也具有较好的区分能力。     

用激光散射法非接触在线检测表面粗糙度

介绍了基于光散射原理的激光测量装置非接触在线检测表面粗糙度的测量原理及测量头设计方案。调制光源、双光束、与测量光路同轴的高压喷气流、窄带滤波电路等设计可提高信噪比 ,增强抗干扰能力 ,可实现Ra2～ 1 0 0nm的表面粗糙度在线检测     

基于MIE散射法的金属粉尘浓度检测技术

文中根据金属粉尘的特性研究了金属粉尘浓度的连续检测技术。剖析了基于MIE散射法的粉尘浓度检测技术基本原理,设计了MIE散射法的光学检测气路和结构,然后完成了微弱光信号的提取电路和整机功能电路的设计,最后用散射法对金属粉尘浓度进行3个月的测试实验。实验结果表明整个实验周期内,其检测误差均小于10%,基于MIE散射法的粉尘浓度检测技术能够适用于金属粉尘的实时连续长时间的在线检测。     

CF25FX型叉车油液检测系统设计

分析了CF25FX型叉车油液检测系统存在的问题。提出了利用AVR处理器控制激光产生脉冲,采用双光路光纤传感器进行信号调制,通过对数和差动放大后,输入AVR进行处理,得到油液的污染信息的改进设计,改进后的检测系统提高了测量精度。     

激光散射粒子动态相位多普勒分析系统

研究和建立了以几何光学近似光散射理论为基础的激光相位多普勒空间干涉条纹模型。计算得到了微粒对激光散射的空间相干条纹图形与粒径及散射参数的依从关系。将其应用于研制的双检测器相位多普勒实验系统,给出了系统功能和典型的实验结果。     

基于β射线和光学融合的烟尘浓度检测技术

文中通过将β射线法和光学散射法的烟尘浓度检测技术融合,解决目前的光学散射法测试烟尘浓度存在的漂移和偏差,以及光学器件污染带来的测试误差。通过对β射线法测试技术和光学散射法测试技术的研究,再通过融合标定的方式使得光学在线测试更加准确。经过1个月的现场试验,其烟尘浓度的检测精度维持在≤±10%。     

基于激光差分探测技术的悬浮物质量浓度测量方法

提出了一种基于激光差分探测技术的悬浮物质量浓度测量方法,用于测量烟雾、粉尘等空气悬浮颗粒的含量。利用悬浮颗粒对光的散射,可以在不影响悬浮物颗粒特性的前提下,对其实现实时在线监测。另外,借助于参考光与测试光的直接差分放大,可以消除激光能量起伏以及其他扰动对测量的干扰。通过对激光在悬浮物颗粒中传播时衰减原理的研究,获取悬浮物颗粒质量浓度与光强衰减的关系,搭建了一套激光差分探测悬浮物质量浓度的实验系统,进行烟雾质量浓度的实际测量,验证了该测量方法的可行性。     

激光干涉测量

激光干涉测量已由研究阶级迅速地进入到实验室和工厂中实际应用。其基本用途是高精度地测量长度或物体的座标,以及测量光学元件或光学系统的参数和质量。激光光源的基本优点是相干长度大,强度高,但是也会带来杂乱多重条纹图形。利用了一种激光干涉仪来测量表面半径以及对高质量镜头的透镜镜片定位,以使其高精度地定中心和确定间隔。还利用了一种偏振系统来消除不需要的条纹图形并平衡干涉仪各条光路的光强度。本文着重介绍了激光干涉仪在组装各种制作集成电路掩模用的精密镜头方面的应用。     

光散射法用于空气颗粒物浓度的检测

本文主要利用光散射法检测空气颗粒物浓度,首先对颗粒物浓度进行采样,然后进行数据分析,优化了软件算法剔除了环境对检测结果的影响,测量空气颗粒物的浓度,同时进行绝对误差的分析。     

反射式光纤油液污染度检测传感器设计

针对70%的液压设备故障由油液污染引起且固体颗粒为主要污染物,以及常用油液污染度检测技术设备大多存在结构复杂、价格昂贵和不便在线检测的现状,设计了一种反射式光纤油液污染度检测传感器。根据污染颗粒对光的阻挡致使光强的衰减现象,结合光在液体中传播特性,提出了油液污染度反射式光纤检测的工作原理。根据光纤纤端光场近似高斯分布的特性建立传感器数学模型,在颗粒均匀分布的假设下,分析了不同参数对传感器输出特性的影响,确定了传感器探头结构,设计了用于油液污染度检测的反射式光纤传感器,并搭建了传感器实验平台。根据不同污染度等级配置标准油液,对传感器特性进行验证。实验结果表明,该传感器可以实现对不同污染度等级标准的液压油液检测。     

激光透射法磁珠浓度测量系统

磁珠广泛应用于免疫检测、细胞分离等生物实验中,磁珠浓度的检测对于评价实验效果具有重要意义。本文提出了基于激光透射法的双光路磁珠浓度测量系统,通过测量入射激光强度与透射激光强度的比值来确定磁珠浓度。利用该系统对多个浓度的磁珠悬浊液进行了实验测量,每个浓度下测量多组实验数据,共采集了8 000组数据。通过拟合测量数据,建立了磁珠浓度与测量值的关系函数,二者呈现指数函数关系,拟合残差平方和为0.000 088 89,确定系数可达0.997 1,说明函数具有良好的拟合性能。实验结果表明,相对测量误差在2.5%以内,输出值相对波动范围在2.5%以内,测量系统具有较高的测量精度和良好的重复性。     

用动态光散射现代谱估计法测量纳米颗粒

为了解决目前动态光散射软件信号分析法采用的自相关和功率谱估计存在分辨率和方差较低,以及能谱泄漏问题,提出了基于现代功率谱估计的动态光散射信号分析法。对该系统所采用的现代功率谱估计算法和测量系统进行了研究。首先,介绍了动态光散射测量法涉及的光子相关光谱理论和散射光谱估计理论。接着,描述了基于现代功率谱估计的动态散射光谱法,特别是其中阶数p的计算方法。然后,介绍了测量系统,包括硬件部分的光学系统和信号采集处理系统,软件部分的系统开发流程。最后,对粒径分别为30、50、100nm的乳胶球标准颗粒溶液(透光率为96%)进行了实验。实验结果表明:现代谱估计分析法的测量均值误差和重复性误差的平均值分别为1.88%和1.62%,满足国标要求的均值误差和重复性误差2%。     

一种新型激光粉尘浓度在线测量仪的研究

本文提出了一种基于光散射原理的粉尘浓度激光测量新方法，该方法无需预先获取粉尘颗粒的平均粒径，可直接测量浓度。基于新方法设计了一套粉尘浓度在线测量仪，测量仪以8031单片机为核心，具有浓度的实时LED显示和数模输出功能，并通过与上位机的串行通信实现浓度数据的后台存储。该仪器具有新颖的光学构造，可在单片机的控制下进行在线标定和在线光路对中，并已用于某钢厂粉尘排放的实时测量，测量结果表明仪器具有良好的灵敏度和可靠性，可满足实时在线测量粉尘浓度的要求。     

微粗糙光学表面与多个镶嵌粒子差值散射场特性

本文基于时域有限差分算法,研究了微粗糙光学表面与多个镶嵌粒子的差值场光散射问题。将光学基片视为微粗糙光学表面,利用蒙特卡洛方法解决了光学表面存在粗糙度的问题,并将差值场散射理论加入到计算模型中,更好地分析了缺陷粒子的散射特性,将计算区域划分成上下两个半空间,建立了微粗糙光学表面与镶嵌多体粒子复合散射模型,并与矩量法计算结果比较验证了理论的有效性。运用此模型分析了入射角、镶嵌粒子尺寸、粒子间距、粒子个数等物性特征对微粗糙光学表面与镶嵌多体粒子差值散射场的影响。实验结果表明:在一定激光入射角下,以相同回波探测角度间距20°对光学表面进行测量能够有效地检测出缺陷粒子。本文结果为光学无损检测、光学薄膜、微纳米结构的光学性能设计等提供了理论依据和技术支持。     

散射体激光多普勒效应光栅测量系统的研究

本文研究利用激光多普勒效应,采用光栅系统拾取信号,对散射体表面进行切向位移测量的新方法。文中分析了光路原理和正弦条件,用理论和实验证明系统拾取信号的相位结构和它具有信噪比高的特点,可有效地用于固体位移的不接触测量。