水下声信号的激光干涉测量

为准确测量水下目标的发声频率,在光学暗室下建立了基于激光干涉法探测水下目标的实验系统。当水下声源引起水表面波动时,用激光照射水面,携带声波信息的水面散射光与参考光干涉,利用精密光学测量装置探测光程差的改变,通过数据采集和处理系统从干涉信号的频谱分析图中解调出水下声信号的频率信息。干涉信号的频谱分析图中存在以水下声信号频率为中心的频带,频带宽度与自然水表面波引起的多普勒频移有关。实验结果表明,水下发声目标引起水表面波动的振幅在纳米级,系统可以实时探测出4～15kHz的水下声信号,且测量标准偏差7Hz。该系统可满足水下目标识别技术的实时性、准确性等要求。     

干涉测量低频水下声源频率的改进算法

为了实现低频段水下发生目标频率的准确识别,搭建了一套激光干涉测量系统。在相位生成载波解调技术的基础上,提出了一种改进的基于相位生成载波反正切算法的解调方式。在光学暗室下利用分立光学元件搭建了一套干涉实验系统,在参考光路引入水面波动作为高频载波,利用水表面漫反射的主反光与参考光干涉获得干涉信号。以相位生成载波解调技术的反正切算法为基础,引入高频载波信号的一倍和二倍正弦混频。通过功率比较的算法在两组正交信号当中筛选功率较强的一组进行解调,避免了载波初相位导致的正交信号消隐引起的解调失真。最后,在模拟的低频大幅度海浪扰动情况下进行了探测实验,取得了良好的解调效果。实验结果表明:水下声源的低频探测下限约为30 Hz;100Hz以上频段的频率探测精度优于1Hz。改进的反正切解调算法能够避免解调失真,具有很强的抗干扰能力。     

激光焊接声、光信号监测仪的研究

介绍了激光焊接过程实时监测技术的理论根据，阐述了激光焊声、光信号监测仪的设计原理、方法及应用电路。试验表明：该仪器精度高、响应速度快、工作可靠，能满足实时监测的要求。     

低频水下声信号调制下衍射光场的分布

建立了一个简单可行的光学系统用于探测低频水下声信号。水下声信号产生的低频声波通过水介质传到液体表面产生表面波,激光束入射到液面时,在光屏上观察到了清晰、稳定的衍射图样,发现在低频水下声信号的调制下衍射光场的分布具有明显的不对称性。实验中得到了衍射图样光斑光强与位置的分布,理论分析发现,结果与实验所观察到的现象是很吻合的。结果表明,在低频水下声信号调制下衍射光场的分布是非对称分布的。     

激光楔形平板干涉法在转角测量中的应用

本文讨论了基于楔形平板等厚干涉原理的激光楔形平板干涉测量转角的方法。这种方法是将被测转角的变化转换为激光拍频的变化，从而实现转角的高精度测量。它能自动分辨转动方向，在３６０°内可进行角度的连续测量，在较高转速下测角精度基本不发生变化，具有一定实际应用价值。     

激光干涉动态角度测量系统中指零仪的设计

激光干涉动态角度测量中如何建立一个固定不丢失的零点是动态整周角度测量中的一个关键问题.本文针对所研制的光栅楔形平板干涉动态角度测量系统,提出了一种新的干涉指零仪,基于泰曼格林型双光束干涉的基本原理,采用道威双棱镜作为分光镜,用光电元件接收干涉信号.由于采用双光束干涉测量原理,该方法定位精度较高,而且可以自动确定动态测量的零点,操作方便.实验表明,定位精度优于0.5″.     

声表面波器件在气体流量测量中的应用

近年来,人们对声表面波(SAW)在物理和化学传感器方面的广泛应用产生了越来越多的兴趣。声表面波传感器比起那些建立在场效应管、光学方法、电阻、电容调制等技术上的传感器来说还是不很成熟的,但对其基本器件物理特性的充分了解已经表明,声表面波传感器具有巨大的潜力,它几乎可以对所有形式的物理和化学现象进行检测。图1所示为SAW传感器的原理框图,其基本的组成为一个制作在适当基体上的SAW延迟线(谐振器),输入叉指换能器,将电信号转变成声波,沿基体表面传播,再由输出换能器接收转变为电信号输出。输出的信号通过     

基于声表面波技术的无线测量系统研究

本文分析了目前传感器发展的现状和声表面技术的应用状况,介绍了声表面波传感器的两种工作模式的工作原理以及在研究过程中所采用的延迟线型声表面波测量系统的工作原理。同时利用这个系统进行了测量应变实验,理论和实验取得了较好的一致性。且具有较高的灵敏度。     

双频激光干涉三自由度微振动测量系统

为获取光学平台多自由度微振动信息,设计了一种基于平面镜双频激光干涉的三自由度动态微振动测量系统。该系统利用激光多普勒效应,采用三个测量轴获得测量反射镜的三点位移信息,计算出测量镜平动、扭转角、俯仰角信息,实时检测三自由度的微振动情况,从而为光学系统的微振动补偿控制提供基础。对微振动测量系统进行了不确定度分析,建立了不确定度模型,为进一步提高系统精度提供理论依据,也为系统在校准和计量领域的应用奠定基础。实验过程中,采用高精度地震计对待测平台进行同步测量,与系统平动测量结果进行对比,验证了系统的测量准确性。该系统的平动分辨率可达到5nm,扭转角分辨率为5.05μrad,俯仰角分辨率为4.69μrad,具有多自由度、非接触、高分辨、可溯源的优点。     

极坐标数控铣齿机直线度和垂直度的干涉测量

根据极坐标数控铣齿机床结构特点,采用Renishaw双频激光干涉仪测量直线导轨直线度,对干涉仪直线度测量原理和光束调试方法进行了详细探讨,通过分析垂直和水平导轨直线度数据,最终获得了两直线导轨的垂直度误差.     

干涉法测量端面长度标准中条纹图的自动处理技术研究

本文介绍利用激光干涉与数字图像处理技术以及应用ＦＦＴ分析干涉条纹方法分析并解决测量端面长度标准中条纹图的处理技术,应用这种方法不但提高了测试过程的自动化程度,而且大大地提高了测量结果的精度。     

基于二维延时叠加的激光诱导声表面波成像研究

激光诱导声表面波损伤成像是激光超声无损检测的难点之一,存在成像分辨率低、成像效果差、设备要求高等问题.针对这些问题,提出采用二维延时叠加成像算法提高成像质量.首先通过实验和仿真手段对激光超声扫描过程中产生的多种信号进行系统的分析,以此为基础改进激光诱导声表面波的成像算法.本文设置具有深度梯度的矩形裂纹缺陷和圆形缺陷,通...     

激光干涉绝对重力仪数据采集与处理的时间优化方法

激光干涉绝对重力仪作为高精度绝对重力测量中的典型测量仪器,单次测量的常规流程一般是电机驱动、数据采集、重力加速度绝对值计算和结果的显示与存储。这种顺序控制过程中,存在耗时长、结果输出时间误差较大的问题。本文创新性地提出一种时间优化方法,通过建立数据采集前电机驱动与采集后数据处理两个过程时间复用机制的时间优化模型,对顺序控制方式中的各步骤进行优化与重新配置,实现缩短常规测量的测量时长,减少结果输出时间误差的目的。实测结果表明,时间优化方法将单次测量时间从原来的34.3±0.3 s,精确控制为22 s,误差5 ms,大幅提高测量效率的同时实现了单次测量时间的精准控制,也增加了与同类观测数据的融合分析的可行性。     

基于激光干涉的长导轨直线度误差测量

介绍了一种基于激光干涉的长导轨直线度误差测量系统。由氦氖激光器产生激光光束,经准直后投射到被置于被测导轨上作为接收靶的楔形光学玻璃板上,产生干涉。将接收靶沿被测导轨移动,如果导轨有直线度误差,则接收靶过桥与导轨的接触点所形成的直线角度发生变化,导致干涉条纹发生移动,通过检测干涉条纹变化量就可以得到导轨的直线度误差。将光电传感器检测得到的干涉条纹移动量送入单片机系统处理,得到被测点相对于准直光束的偏移量。最后对系统进行了实测实验。实验表明:用该装置检测长度为50m的长导轨,直线度误差仅为623.103μm。     

基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量误差补偿

针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差,提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系,利用位置敏感探测器(PSD)和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化,从而获得更为准确的转角测量结果,最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性,搭建激光外差干涉测量实验装置,分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52μm降至0.18μm,测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10^-4°内,对M-531. DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量,将测得的转角进行位移补偿后,系统的位移测量结果与M-531. DD线性导轨位移的标准差从1.55μm减小到0.29μm。     

基于双频激光干涉技术的轴径测量原理的研究

大型工件内外径测量点的瞄准和定位是大直径测量中的一个关键技术,也是国内外未能很好解决的测量问题.采用激光准直仪出射的高稳定光线瞄准和定位吸附在被测工件直径两端点上的两个磁性定位块上的光电接收器,同时使用双频激光干涉仪直接测量出这两个光电接收器中心间的距离,通过几何计算得到被测直径大小.实验表明,该方法测量精度较高,测量系统的相对误差小于5×10-6.     

激光自混合干涉角度测量参数优化及旋转方向判别

对反射旋转体引起聚焦激光自混合干涉信号位相与旋转角度的非线性关系进行了研究,提出了一个实验参数的优化方法来降低该非线性效应引起的非线性角度测量误差。重新评估了自混合干涉角度测量在测量范围扩大后的物理近似条件,从理论上分析了实验参数给角度测量带来的误差影响并进行了模拟仿真,提出了利用该非线性关系判别反射体旋转方向的方法。最后,进行了激光自混合干涉角度测量实验并给出若干个实验参数条件下分别得到的角度测量结果。实验结果表明,实验参数优化后,角度测量误差大幅减少;在最优情况下,比未优化方法的测量精度提升了一个数量级,可达10-5 rad,证明了提出的实验参数优化方法和反射体旋转方向判别方法的有效性。实验结果还显示,使用提出的方法在提高测量范围的同时仍能进行高精度的角度测量,从而进一步拓宽了基于反射体旋转引起的激光自混合干涉效应的应用范围。     

超精密机床激光干涉测量系统误差分析及补偿

详细分析了超精密机床加工中,激光测量系统误差组成及其产生机理,给出了有效的修正和补偿手段.影响激光测量系统精度和重复精度的主要误差因素可分为3类：内部误差、环境误差和安装误差.通过实例分析精密机床四轴激光测量系统,设计出了四轴激光测量光路,实现超精密工作台的X、Y、Rz三自由度位置反馈,给出了影响测量精度的误差因素以及对系统精度的影响大小.     

相移干涉测量理论的研究

一、相移干涉测量原理相移干涉测量是以光波于涉理论为基础的一种高精度微观轮廓测量技术，其光路原理如图1所示。这是一种分振幅双光束干涉仪，分割振幅是通过半反射镜实现。从光源（S）1发出的光束经分光镜3分束后，一束光射向被测工件2表面，另一束光射向参考反射镜（M）4表