傅立叶变换光谱仪现状及其微型化进展

本文通过查阅大量的文献与产品信息,总结归纳了目前傅立叶变换光谱仪特别是微型的傅立叶变换光谱仪的结构类型,发展概况与进展。首先概述了时间调制型和空间调制型傅立叶变换光谱仪的基本原理、结构部件、优势缺陷以及研究进展;而后对目前市场上的傅立叶变换光谱仪器产品进行了整理与分析,对各项技术性能指标进行了评述;最后着重对微型傅立叶变换光谱仪的进展作了综述。     

飞跨电容型多电平变流器的多载波PWM方法

对飞跨电容型多电平变流器多载波PWM技术的分析,得出载波相移调制方案为最优.和其它的多载波PWM技术相比,该方法的谐波性能得到了很大的提高,且会自动保持飞跨电容充放电时间相等的优点.采用同相层叠、正负反相层叠、交替反向层叠和载波相移方式对飞跨电容型五电平变流器进行了仿真实验验证,仿真实验结果验证了上述结论的正确性.     

自适应空间载波相移算法

介绍了一种自适应空间载波相移算法。模拟和实验结果显示该算法能测量位相分布变化较剧烈的三维物面而勿须知道条纹载波频率;其模拟测量精度在无噪声情况下达到1-0 3rad。     

空间载波相移法理论研究

到目前为止,在动态条纹图处理方面,空间载波相移技术(SCPS)已经发展了多种不同的方法。现基于车间条件下实时自动化测量为目的,通过对不同SCPS方法的对比及不同误差源影响的分析,从理论上论证了任意N-point技术和修正五点方法的优越性,并为实用化提供了一个便捷的思路。     

时频分析在高压水泵启动过程分析中的应用

分析了离心式高压水泵机组的启动和停机过程的主要特点;针对水泵机组振动信号分析中短时傅立叶变换的时间分辨率和频率分辨率的设定、窗函数的选取进行了研究.以短时傅立叶变换方法为基础分析高压水泵振动信号,在水泵机组振动信号分析中克服了单纯采用快速傅立叶变换进行分析的不足.     

空间滤波和独立成分分析在速度测量中的应用

介绍一种利用空间滤波、独立成分分析处理两相流信号的方法,首先研究电容传感器的空间滤波效应,然后介绍独立成分分析的基本原理,并利用此方法对两相流信号进行处理;根据傅立叶变换确定传感器信号的带宽;根据带宽求出固体速度.最后给出对实际测量信号的处理结果.     

二维傅立叶变换在Lamb波模式识别研究中的应用

用二维傅立叶变换对实验测定的Lamb波信号进行分析。该方法是在波的传播路径方向上,对一系列等间距位置接收到的时间信号进行二维傅立叶变换。给出了各向同性和各向异性媒质中传播的Lamb波频散曲线的数值和实验结果。研究表明,二维傅立叶变换能有效地识别Lamb波模式。     

自适应整周期采样和相关滤波在转子动平衡中的应用

针对模拟带通跟踪滤波和零相移数字滤波等不平衡信号提取方法对转子动平衡高精度测试要求不满足的问题,提出了一种自适应整周期采样和相关滤波结合的转子不平衡信号提取方法。首先使用自适应整周期采样算法对振动信号进行补偿,使其逼近理想抽样序列,然后利用相关滤波法提取出不平衡信号,最后用快速傅立叶变换法准确提取出不平衡信号的幅值和相位。仿真和实验表明该方法能够满足高精度动平衡测试要求,在转子动平衡中具有较好应用价值。     

基于分数阶傅立叶变换的图像加密研究

介绍了分数阶傅立叶变换理论和基于DFT核矩阵特征分解的分数阶傅立叶变换离散化方法;提出了一种基于分数阶傅立叶变换理论和双随机相位编码技术的图像加密方法,该方法不仅可以有效地对图像进行加密,而且能够准确地再现原图像,恢复后的图像和原图像一致。分数阶傅立叶域双随机相位编码对解码参数误差比较敏感,这样就提高了图像的保密性。最后通过实验验证了该方法的有效性。     

频谱分析在表面粗糙度测定中的应用

提出了在物体表面粗糙度测定中干涉条纹处理的一种方法.该方法采用了空间频谱分析技术,先对干涉条纹进行快速傅立叶变换(FFT),然后用数字滤波器进行带通滤波,再经傅立叶反变换后,就得到了清晰的干涉条纹,为后续数据分析处理奠定了基础.     

基于三维傅里叶变换的胸腹表面测量

鉴于人体胸腹表面三维运动测量在精确放疗等医学领域中的重要应用背景,提出一种三维傅里叶条纹分析与三频时间相位展开相结合的三维傅里叶变换胸腹表面测量方法。投射一幅不同频率三原色余弦条纹组成的图案,每采集一幅图像就能实现相应时刻胸腹表面的三维形状测量;将动态条纹图像序列作为一个三维序列整体,通过三维傅里叶变换并结合三维高斯滤波器提取折叠相位。无干扰时其均方根误差不超过0.005rad,峰谷值误差不超过0.015rad,其抗干扰能力高于二维傅里叶条纹分析和其他胸腹表面三维傅里叶条纹分析方法;通过三频时间相位展开方法进行折叠相位展开,在限定条件下绝对相位的误差不超过折叠相位的误差。理论分析和实验结果表明,本文方法能实现人体胸腹表面的三维动态测量。     

基于全相位谱分析的傅里叶望远镜外场实验数据处理

为了提高傅里叶望远镜(FT)的成像质量,实现对运动目标的高分辨率成像,研究了能抑制由声光移频器移频误差、光学器件偏差及信号采样截断等产生的频谱泄漏且能实时计算信号频率的数据处理方法。首先,采用全相位预处理技术对外场静态目标的采样信号进行处理;通过搜索算法得到每束干涉光的整点频率最大值。然后,基于apFFT谱分析时移相位差校正法计算每束干涉光的真实频率。最后,对非整点频率解调,采用5点最小二乘拟合方法,得到目标的傅里叶分量信息。实验结果表明:与传统方法相比,本文提出的数据处理方法得到的重构图像的斯托里尔比(Strehl)相应提高了3%。另外,本文方法对频谱泄漏的抑制能力更强;对静态目标实验数据进行处理后,重构图像质量有一定的提升;该方法也为运动目标的成像数据处理提供了参考。     

基于傅里叶相位差的抗噪声位移估计算法

提出了一种利用连续图像相位谱的差估计运动目标位移的抗噪声算法。根据傅里叶相移特性,用连续两幅图像相位谱差的周期性变化或剖面的斜率计算图像中运动物体的位移。向量滤波的应用在去除噪声的同时,有效保留了周期性信号在一个周期结束点的跳变性质。分段拟合是从周期性信号中计算斜率的合理方法。本算法在频域估计运动位移,能够克服背景光照变化的影响,克服10％的高斯白噪声,分辨率达到一个像素。     

改进的傅里叶变换在Rugate滤光片设计中的应用

傅里叶变换是设计Rugate滤光片最有效的解析方法之一。然而这种解析方法内在的近似性导致了设计结果与目标结果总是存在着一定的偏差。现提出一种改进的傅里叶变换方法,提高设计结果与目标结果的逼真度。将光谱函数的模与位相作为两个独立的变量分别优化。可以在有效控制折射率范围的情况下,设计出与目标结果一致的光谱曲线。     

相位式激光测距谱分析鉴相的无偏改进

针对相位式激光测距中的鉴相误差,建立了谱分析鉴相的误差模型,提出了在数据预处理中引入希尔伯特变换来消除相位差估计偏差的测量方法.分析了传统谱分析鉴相的偏差和方差,指出这些测量偏差受初相位的影响,在高速测距中不容忽略.提出了一种无偏改进方法,通过窗函数法设计正弦信号的简易希尔伯特变换器,将离散傅里叶变换的对象转换为解析信号,在仅增加4次加减法运算和2次移位操作的情况下,实现了近似无偏谱分析鉴相.仿真分析和实验验证结果表明,鉴相均值与真实相位差相同;当信噪比为40 dB时,每秒百万次高速鉴相的误差为0.1°;当调制频率为100 MHz时,测距精度达到0.4 mm.实验表明,将希尔伯特变换应用于谱分析鉴相,可实现高准确度相位差测量,并可应用于高速相位式激光测距.     

条纹投影三维形貌测量的变分模态分解相位提取

针对条纹投影三维形貌测量涉及的相位提取,提出了一种基于变分模态分解的单幅条纹投影相位提取方法。通过建立变分模态分解模型和极小化变分模态分解将单幅投影条纹图分解成背景部分、条纹部分和噪声部分。然后对得到条纹部分进行Hilbert变换和反正切变换得到包裹相位;对其进行质量导向相位解包裹和Zernike多项式去载频得到解包裹相位。将该方法与Fourier变换、连续小波变换进行了对比,结果显示:本文提出的相位提取方法相位误差为3.14×10-4,小于Fourier变换和连续小波变换方法对应的误差3.30×10-4和6.52×10-4。模拟和实验结果表明:本文提出的方法在处理具有边缘信息投影条纹图时具有优势,能够提取出更准确的相位信息,可有效地用于含边缘不连续和突起的三维物体测量。     

基于Hilbert-Huang变换与理想带通滤波器的系统识别

针对经验模态分解存在模态混叠现象,提出基于Hilbert-Huang变换与理想带通滤波器的系统识别方法。该方法利用傅里叶变换得到结构加速度响应频响函数,粗略估计固有频率范围,通过半功率带宽法设计理想带通滤波器,定量化确定通带带宽,使信号在经过滤波器后频域内零相移,同时不改变其幅值谱。结构响应通过指定频带的理想带通滤波器产生若干窄带信号,利用经验模态分解获取结构模态响应,经Hilbert变换构造模态响应解析信号,并通过线性最小二乘拟合提取结构模态参数与物理参数。结果表明:半功率带宽法可实现带通滤波器频带的定量化设计,理想带通滤波器的零相移特点较好契合Hilbert-Huang变换用于系统识别的要求,两者结合可有效地解决模态混叠现象,减少虚假模态,大大提高结构系统识别精度。     

Upgrading a microscope with a spiral phase plate

We present the implementation of a spiral phase plate in a standard bright-field microscope to enhance the contrast of phase and amplitude samples. The method can be employed in all types of microscopy where standard phase contrast methods are applicable, for example, in bright-field transmission or reflection microscopy using an illumination source with partial spatial coherence. The spiral phase filter is placed into an accessible Fourier plane of the imaging path of the microscope. It is shown that this produces not only a strong contrast enhancement but in theory also improves the spatial resolution of the microscope for white light. A series of different set-ups for transmissive or reflective samples, including epi-illumination, are presented to demonstrate the practical range of applications of this contrasting method. A minute shift of the spiral phase plate out of the centre results in relief-like images that are similar to those obtained by differential interference contrast microscopy. A series of such relief-like images can be numerically processed to obtain quantitative phase and amplitude information of the sample.     

Linear phase imaging using differential interference contrast microscopy

We propose an extension to Nomarski differential interference contrast microscopy that enables isotropic linear phase imaging. The method combines phase shifting, two directions of shear and Fourier‐space integration using a modified spiral phase transform. We simulated the method using a phantom object with spatially varying amplitude and phase. Simulated results show good agreement between the final phase image and the object phase, and demonstrate resistance to imaging noise.