基于WMPS的多光谱光轴平行性检测系统设计

设计了一种新型多光谱多光轴武器装备通用化的光轴平行性检校系统。采用高精度平移平行光管的方法,使平行光管出射的平行光束分别进入武器平台各个光电系统,由平行光管产生无限远白光、微光、红外目标,对待检测多光轴武器系统进行光轴平行性检测。利用WMPS单发射站测角模型,结合摄影测量PNP问题,建立高精度空间坐标定位系统,对平行光管在移动过程中进行精准位置姿态测量,并根据测量结果进行高精度姿态恢复,保证平行光管平移精度。该系统能够适用于多种不同类型光电武器装备,实现自动化检测,并给出了数字化光轴误差量,具有良好的通用性和可扩展性。     

应用于激光雷达信号处理系统的放大电路接口设计

应用于激光雷达(LiDAR)测量系统的单芯片全集成信号处理电路系统的设计与实现,对于有效提高激光雷达整机测量精度、数据率,缩短测量时间,减小测量设备体积和功耗具有重要的意义。考虑到目前对于信号处理电路系统的研究中较少考虑芯片在实际使用环境中的接口问题,基于光电探测器、裸芯片、封装、传输线及测试板等诸多接口影响因素,运用协同仿真分析的方法,在电路系统的实际工作频段内,建立了一种精确的、能反映激光雷达信号处理电路系统放大电路芯片真实应用环境的接口一体化仿真模型,并通过S参数仿真对其进行验证。同时基于CMOS工艺,将设计得到的放大电路系统进行流片,在芯片输入端承载不同光电探测器寄生负载的情况下,对芯片性能进行测试,仿真结果与测试结果吻合较好,验证了该接口模型建立的可行性。     

基于双五棱镜组件的大间距光轴平行性检测方法

光轴平行性是多光轴光电设备的重要参数,对其进行检测十分必要。随着光电设备复杂程度的逐步增加,其光轴之间的距离不断增大,传统的小口径检测手段已经不能满足现有光电设备的检测需求。针对大间距光轴之间的平行性的检测,设计了一种基于双五棱镜结构的扩径组件,实现了平行光管的出射光束的平移,并利用双光楔结构对扩径组件进行修正,将平行光管的有效口径由300 mm扩展至1 200 mm。对扩径组件进行数学建模分析和实际装调,并对检测系统进行整体精度测试。实验结果表明:平行光管出射的光束经扩径组件后能够保持良好的平行性,其平行误差在11以内,满足大间距光轴检测的精度要求。     

激光自准直测角系统安装误差分析

分析激光自准直测角系统的安装误差,得出误差主要来源:光学系统和PSD的倾斜安装.针对光学系统的倾斜安装,建立畸变误差模型并仿真分析,得出结论:光学系统光轴平行于转轴时,像点坐标不因平面镜旋转角度的不同而存在误差,变化的仅是折射光线与光轴的夹角;光轴与转轴相交时,像点坐标随光轴与转轴的夹角、焦距和平面镜初始位置法线与转轴夹角的变化而产生较大的畸变误差.建立的误差模型及仿真结果为提高激光自准直测量精度提供了一个有效的理论指导,具有一定的工程实际应用价值.     

多光谱多光轴设备光轴平行性测量装置研制

多光谱多光轴设备光轴平行性校准装置用于多传感器小型光电测量设备中各探测单元探测光轴平行性的标定和测量,同时具有提供无穷远目标的功能。本文所研制的多光谱多光轴设备校准装置采用卡塞格林反射式平行光管结构,有效通光口径φ350mm,可对可见光系统、中波红外系统、长波红外系统及激光测距系统进行光轴平行性的测量,测量精度优于5″。     

平行度误差激光准直法测量技术研究

为了实现平行度误差的精确测量, 提出了基于位置敏感探测器(PSD)激光准直法的平行度误差测量方法, 并设计了实验测量系统。该系统利用倒置望远镜结构二次透镜变换的方法, 对准直激光束的发散角和光斑大小进行平衡, 通过光学五棱镜转折光路, 由PSD将测量位移经信号调理电路和数据采集及处理系统, 实时得到测点相对于基准的位置, 再以最小包容区域法快速评定出被测要素和基准要素两者之间的平行度误差。结果表明, 系统相对不确定度为0.077%, 具有较高的测量精度。该研究为平行度误差的精密测量技术提供了有效测量方法, 具有一定的现实指导意义。     

脉冲激光测距机靶标调向光轴平行性检测方法研究

提出一种基于靶标调向装置的脉冲激光测距机光轴平行性检测方法。靶标十字分划中心分别与脉冲激光测距机白光瞄准光轴十字分划中心和激光发射光轴光斑中心对准,通过读取码盘数据计算光轴平行性误差。该方法操作简单,能够实时定量地检测光轴平行性误差,有效地提升了检测精度,实现了光轴平行性检测的数字化、自动化。     

基于位置敏感探测器的微位移测量关键电路设计

位置敏感探测器PSD(Position Sensitive Detector PSD)具有位置分辨精度高(可达1～2μm)、输出实时性好(响应时间约几微秒)、系统简洁的特点,在位置探测及相关领域内获得了广泛的应用;但PSD的输出信号小,易受到电路噪声的影响,若要充分发挥其性能,则需要高精度、高稳定度、低噪声的测量电路。针对PSD这种较高的使用要求,通过对其等效模型的分析,找到了影响位置分辨精度的主要因素,并提出了一种新形式的测量电路,减少了测量电路级数,降低了电路的噪声以及测量电路内部的漂移,同时具有对位置测量非线性的校正功能。采用上述原理以S1880PSD建立的位置测量系统的位置分辨达到2～3μm。     

双目光轴平行性检校仪检测精度分析

光电仪器的双目光轴平行度是仪器的重要指标,为实现双目光轴平行度的全天候定量测量,设计了双目光电仪器光轴平行性数字化检校仪。为满足仪器检测精度性能参数需求,根据检测原理,结合系统组成部件,分析影响系统检测精度的各种因素,建立检测精度综合不确定度分析模型。通过分析单一因素对系统综合测量不确定度的影响权重,针对重点误差因素,提出控制方法及措施。对所有影响因素进行合理的误差分配,优化双目光轴平行性检测仪的测量精度。     

二维PSD实验仪的设计及优化

一维PSD已无法满足教学和科研需求,研制二维PSD实验仪非常有意义.本仪器的设计分为结构测量部分与箱体部分,结构部分提供位移及测量装置,箱体部分提供信号处理及显示装置.结构设计上添加遮光罩和窄带滤光片,有效消除环境光的影响;箱体信号处理部分包括前级信号处理、增益补偿、调零电路、低通滤波,采用MCU减少差和运算电路噪声,给AD提供自行设计+5V基准电压(准确、稳定),并采用数字滤波技术等,测量的分辨率可达到10μm.     

一种基于位置敏感器相位检测的振动测量方法

针对微机械系统和精细加工技术中现有的振动测量方法存在易受电磁干扰、动态和线性范围窄等诸多问题,本文提出了一种基于一维位置敏感器(PSD)相位检测的振动测量方法,通过激光三角法将被测物体的振动信号转换为光斑在PSD的位置变化,PSD两电极输出的电流相差信号经PSD相位法的信号处理电路转换为与光斑位置成线性关系的直流电压信号,由此确定光斑的位置变化,进而测量物体的振动,且实时信号可以通过示波器或在上位机界面中显示。本文实验测量的平均相对误差为0.89%,最大误差为1.75%,线性度优于1.2%,实现了振动的高精度、高线性度和不受电磁干扰的测量。     

用于线圈磁轴测量的滤波放大电路的设计改进

为了提高脉冲紧线法的测量精确度,对测量系统中的信号处理电路进行改进,首先根据电路的幅频、相频响应得出导致信号畸变的原因,然后根据理论计算得到磁轴倾斜(Tilt)导致的振动波形是基波为30 Hz的方波,磁轴偏轴(Offset)导致的振动波形是5 ms的短脉冲叠加在Tilt波形的变化沿。新的信号处理电路可以实现30 Hz~3 000 Hz之间的信号等幅放大、无相移传输,基本实现了信号基波及主要谐波的无失真传输,使测量结果中磁轴偏轴和磁轴倾斜信号容易区分,减小了测量误差。     

基于相敏检波和位置探测器的位移检测系统

为了实现对微小位移的测量,研制了一套基于单模光纤输出半导体激光器和2维位置敏感探测器的位移检测系统,可以有效地抑制环境光噪声。对半导体激光器的注入电流进行1kHz的调制,实现输出光功率的调制。在信号处理电路中,采用相敏检波技术,解调探测器的输出交流信号,得出光斑能量中心位置,消除外界干扰。结果表明,测量精度优于1μm。这一结果对于多自由度误差检测是有帮助的。     

基于FPGA的相控阵探测器高速信号处理电路

为了降低相控阵探测器结构的复杂度,基于现场可编程门阵列FPGA设计了五通道高速信号处理电路。采用坐标旋转数字计算机CORDIC和多相分解滤波器设计了数字下变频器,降低每个数据流的处理负担。在波达方向DOA模块中,引入改良的收缩阵列方法,实现了对数据的并行处理,缩短了空间谱的搜索时间。利用嵌入式乘法器和加法器实现了波束形成网络BFN的可编程设计,使响应速度达到了毫秒级。实验结果表明:设计的电路总延迟仅为1.242 ms,能将原始信号放大到近13 dB,方向角测量误差小于1°,实现了对无线电基带信号的高速处理。     

双光频梳辅助的微波频率测量方法北大核心CSCD

为实现大频率范围内多微波频率的高精度即时测量,提出了一种基于双光频梳和法布里-珀罗滤波器(Fabry-Perot filter,FPF)的微波频率测量方案。将待测微波信号通过单边带调制加载在一路光频梳上进行频率复制,再将调制后的光信号通过一个法布里-珀罗滤波器进行信道分割。FPF的输出信号和另一路光频梳耦合后通过光解复用器实现信道化接收。通过设置合适的系统参数,可使得每个信道输出的拍频信号在同一窄带中频频段内。基于频率-光功率映射的原理,通过判断信号的存在性即可确定未知信号所处的频率段,实现信号频率的粗估计。通过对目标信道输出的微波信号进行采样、模数变换和信号处理可实现未知信号频率的高精度测量。通过实验仿真验证了所提方案的有效性,频率测量误差在±2.5 MHz内。     

单片机在表面粗糙度测量系统中的应用

设计了一种以单片机和光纤传感器为基础构成的表面粗糙度测量系统。该系统由光纤传感器、信号检测电路、单片机处理电路和显示装置组成。其特点是系统性能稳定、适应性强、精度高,可以对不同加工方法的工件实现非接触和在线测量。重点给出了该系统的主要硬件和软件及实现方法。     

薄膜磁致伸缩系数测试系统的研究

根据激光光杠杆放大原理设计实现了薄膜磁致伸缩系数的计算机辅助测试系统。根据激光光杠杆的放大作用,利用位置敏感传感器(PSD)探测激光光点的位移,将激光点位移信号转换成电信号,利用KEITHLY2182电压表测量电信号,在Testpoint测试软件平台上开发了磁致伸缩系数测试程序,通过计算机对KEITHLY2182电压表的控制,实时读出KEITHLY2182电压表所测到的电压并进行数据处理。通过标定,该测试系统能较好地对薄膜磁致伸缩系数进行测量。     

基于PSD的二维定心激光扫描器摆角测量系统

介绍了二维定心激光扫描器的工作原理和结构设计,描述了采用光电位置敏感探测器(PSD)实现的二维摆角测量系统,比较了两种不同测量方式的优劣,包括数学模型、计算公式和光学系统构造。给出了PSD信号处理电路框图,设计了消除暗电流和杂散光干扰的采样-保持电路,并对系统位移做了标定。系统可以实现30°圆锥角的大范围二维摆角测量,角分辨率达0.01°,具有实时性强、工作稳定、抗环境干扰能力强等优点。     

基于PSD的微位移测量系统研究

介绍了PSD的结构、特性和工作原理,设计了一种基于PSD探测器的微位移测量系统。针对PSD信号输出特点和实际应用要求,提出了基于PSD的微位移信号采集、处理和上位机通信系统。单片机通过ADS7864采集PSD的输出信号,处理后由RS232接口传给上位机,位移值在上位机界面显示,实现了对光斑微位移量的实时测量。实验结果表明,该系统响应速度快、测量精度高,可广泛应用于微位移测量领域。