机床滚转角高精度测量中的频偏现象研究

为降低正交偏振光外差干涉相位法中相位差的波动幅度,提高滚转角的测量精度,利用琼斯矩阵法,建立了测量光路和参考光路数学模型。新模型在原有模型的基础上考虑了双频激光器频差的不稳定性和光电探测器响应时间的差异性的影响,推导出测量信号和参考信号之间的频率偏差(简称频偏)会对相位差波动产生较大的影响。在此基础上,给出频偏是由双频激光器频差的不稳定性和光电探测器响应时间的差异性综合作用产生的,并且量化了频偏对于滚转角测量精度的影响。根据该模型,提出通过提高双频激光器的稳频精度和降低光电探测器的响应时间的差异性的方法来降低频偏,进而降低相位差波动。实验结果表明:在降低光电探测器响应时间的差异性后,相位差实际波动幅度由0.7°下降到0.1°左右,测量误差降低了85.7%,证明了分析模型有效可行。     

基于光子技术的实时频率测量方法

研究了一种基于光子技术的实时频率测量方法,该方法利用两个级联强度调制器构成光子混频结构.通过理论分析与模拟仿真,设计了光通道与射频通道延时差,以优化测量带宽,同时保证测量精度.由于测量系统对微波信号实现混频后,输出的直流光功率与频率存在对应关系,利用光功率计对直流光功率进行监测,便可实现实时频率测量.该系统未采用光电探测器,极大地降低了系统成本.实验结果表明,在1~6GHz频率下,测量误差低于±0.12GHz.     

光信号自动拾取丝扫描测量系统设计

为了提高同步辐射丝扫描探测器的测量分辨率与缩短数据处理时间,设计了光信号自动拾取丝扫描测量系统.该系统采用多进程优先级机制管理采样过程,对信号进行降噪处理后使用Allen函数对信号幅度变化特征进行放大,长短时平均法与赤池准则结合拾取光信号,自动确定拟合区间,同时采用能量变化法对高斯拟合参数初值进行估测.经实验验证,该测量系统拾取光信号位置准确,可有效提高丝扫描探测器的测量分辨率,缩短数据处理用时.     

CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器的短脉冲光电响应

以Nd:YAG纳秒脉冲激光器的2倍频输出(532 nm)作为激发光源,比较了1步法、2步法制备钙钛矿光电探测器对ns量级短脉冲激光的光电响应.结果表明,2种钙钛矿光电探测器的上升沿响应时间相当,为20～ 25 ns,且随着探测器的性能退化,上升沿响应时间基本保持不变;在灵敏度方面,2步法CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器能够在更大入射能量范围内保持线性响应,且在低能入射条件下具有更佳的光电转换效率;在光电转换效率的长时间稳定性方面,1步法CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器优于2步法CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器.所得结果既有助于钙钛矿光电探测器的光电转换行为表征,也有利于拓展钙钛矿光电探测器的应用范围.     

光幕幕厚与大气对弹丸红外热辐射探测性能影响研究

为改善光电探测靶的探测性能,研究了光电探测器对光幕区中弹丸红外热辐射能的获取,分析了幕厚、弹丸长度、弹丸辐射面积、大气衰减与光幕区弹丸红外热辐射特性的关系。采用将弹体划分为多个小面元的方法,建立了弹丸红外热辐射计算方程。研究了光电探测器的弹体红外热辐射通量计算方法。根据红外热辐射大气衰减理论,分析了不同波长光电探测器获得的弹丸红外热辐射能与大气透过率的关系,并计算了光电探测器在不同幕厚和作用距离下获得的弹丸红外热辐射能。结果表明:当探测距离一定时,弹丸作用于光幕的表面红外热辐射能与光电探测器接收辐射能成正比;当弹体长度与幕厚相等时,光电探测器获得的信号最强;距离越远大气的红外透过率越小,探测灵敏度越低;3~5μm波长光电探测器可获得最佳弹丸红外热辐射能。     

连续油管长度激光多普勒在线测量系统

根据油田开发的实际需要,设计了一种基于激光多普勒测速原理的连续油管长度激光多普勒在线测量系统.该系统采用双光束型光路,以半导体激光器为光源、以光电倍增管作为光电探测器,通过接收运动油管表面的散射光,经数据采集和信号处理系统,测量出多普勒频移,最终得到下井油管的长度.该测量系统具有精度高、结构简单、性能稳定、适合现场作业的要求等特点,应用前景良好.     

基于嵌入式系统的光电探测综合实验装置设计

光电探测器是光电探测系统的核心器件,其特性参数在光电系统的设计中至关重要。该文针对当前许多高校开设了与光电器件相关的实验课程,但教学中的光电探测器特性参数测量装置的精度不高、使用不便等问题,设计完成了一种基于嵌入式系统、可精密控制的综合实验装置,并详细介绍了软、硬件的设计。经实验测试,该装置运行稳定,可测试不同光电探测器的常用特性参数,而且更好地满足了实验者对精确性和实验教学便捷性的要求。     

光纤激光干涉测速

为了测量运动物体的速度,基于多普勒效应构建了光纤速度干涉仪.系统由光源发射器与接收器、非对称马赫-曾德尔光纤干涉仪、光电接收系统、数据处理4个部分组成.光电接收探测器采集不同时刻运动物体的反射光波形成的干涉条纹,通过对数据进行分析和计算,获得运动物体的运动速度和加速度剖面.在霍普金森杆测量实验中,为获得具有良好对比度的干涉条纹,激光光源谱带宽应优于50kHz,功率稳定度为0.07dB,测速范围和测量精度由光纤干涉仪的延迟光纤长度决定.干涉仪的标定可通过测量延迟光纤长度为100m时的条纹常数来实现.测量结果表明,由干涉信号求得的膛口速度和由光触发脉冲求得的膛口速度之间的误差在1‰以内.     

高响应度的NMOS型栅体互连光电探测器

针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm~2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.     

硅光探测器紫外量子增益谱

对硅光探测器在紫外光波段的量子增益过程进行了分析,考虑到碰撞粒子的相对运动及终态的态密度分布,计算了增益谱,制作了紫外性能良好的硅光电二极管,测量了紫外谱响应,对实验测量与理论计算进行了比较,结果基本一致。     

相干光通信中平衡探测器的研究与测试

在高速相干光通信系统中,平衡光电探测器是其核心器件。通过对相干探测原理的分析,得出了一致性系数与平衡探测信噪比的关系,给出了平衡探测器的组成结构,设计了相干探测的测试方案。当通信速率为5 Gbps时,该平衡探测器的共模抑制比高于27d B,采用平衡探测实现相干解调的最小信号光功率比单管探测改善了8 d B,验证了该平衡探测器用于高速相干光通信的可行性。     

超高速微小碎片激光测速系统研制及应用

地面超高速模拟实验是研究微小空间碎片撞击效应经济有效的手段,其中等离子体加速器为微米量级碎片的主要地面模拟设备.本文研制了在等离子体驱动微小碎片加速器系统并应用于高速飞行微粒速度测量的激光测速系统.该激光测速系统工作原理是.利用主动激光照明,在颗粒飞行路径上形成光墙,通过检测颗粒通过光墙形成的散射激光,得到微粒到达光墙的时间,利用飞行时间法进行高速微粒速度测量.在激光测速系统原理测试实验中,采用信号响应上升时间小于10 ns,电子渡越时间小于20ns的高灵敏、快响应的光电倍增管,原理试验测得该探测系统的响应时间仅为约70 ns.该响应时间小于速度为15 km/s的颗粒通过3～5mm厚度的片状激光束的理论时间,并验证了该系统灵敏度高、响应时间快的特点,可以满足超高速微粒(8～20 km/s)通过3～5 mm激光墙的时间阈值(约0.1 μs)的需求.目前,激光测速系统已经应用于等离子体加速器发射超高速微粒的试验中,能有效测量等离子体加速器所发射的高速微粒的群速度,对15 km/s及以上速度的超高速颗粒亦能捕捉到有效信号,实现对微粒速度的测量,达到了良好的预期效果.在等离子体微小碎片加速器上开展的超高速撞击试验中,激光测速系统能够实现无损在线速度测量,对等离子体加速器上开展的超高速撞击试验提供了重要帮助.     

四象限探测系统信号光斑的优化设计

分析了四象限探测系统角误差形成的原理。深入研究了探测器角误差形成原理与光斑位置、大小和探测器面积的关系,证明光斑半径r小一些有利于提高误差信号Ux、Uy的测量精度,r大一些则有利用扩展Ux、Uy的测量线性区。从与误差信号测量误差关联的原理误差及与信噪比SNR有关系统误差出发,提出了光斑大小优化设计的问题,得出实际设计的光斑大小稍大于探测器有效半径的1/2有助于改善系统性能,并通过相关系统研制稳定性跟踪试验给予验证。     

一种便携式硅光电倍增器模块及其在射线探测仪中的应用

为了减小便携式射线探测仪的体积,提高仪器在苛刻环境下的使用寿命,研制了一种便携式的硅光电倍增器(SiPM,Silicon photomultiplier)模块,对其参数性能进行测试分析,并考察了其作为便携式乙丙种射线探测仪探头的可行性.将SiPM探测器、高压电路、射频信号放大电路、光收集接口集成在一个比手掌还小的模块中,将SiPM放大后的信号直接用BNC或SMA接口输出,以便进行放射事件计数或波形分析等操作.将SiPM模块代替便携式乙丙种射线探测仪的原配探头,配合碘化钠闪烁体,对60Co放射源进行了测量.测量结果表明,模块对60 Co放射源放射的射线响应明显,放射强度测量结果与用原配探测头测得的结果基本一致,说明将SiPM模块应用于便携式射线探测仪是可行的.     

大型运动顶盖角度姿态光电检测系统的研究

该文提出了一种用于测量和控制大型运动顶盖角度姿态的光电系统 ,该系统采用红外光源、光电二级管阵列和光等信号工作原理。测量算法的分析和初步的实验结果表明 ,该系统可精确测量运动顶盖的转动 ,精度可达± 0 .0 15°。     

一种新的矿物热发光现象的光电探测方法

矿物被激发而发光 ,光通量极其小 ,其检测属于微弱光信号检测的范畴 .结合传统的弱光信号的光电探测方法 ,研究了一种以电荷耦荷探测器 (简称CCD)为核心的新的矿物热发光信号的探测方法 ,并以长石矿物的三维热释光谱图为例 ,分析了该光电探测方法的特点 .据实验结果可知 ,长石矿物的热释光谱图的辐射剂量响应的灵敏度整体上比石英的灵敏度大得多 ,其谱图从光子能量角度可以分成蓝光波段和红光波段两部分 ,而且红光信号比蓝光信号稳定 ,重现性好 ,峰峰值易分离等 ;采用以电荷耦荷探测器为核心的光电探测系统 ,能够较好地区分矿物受激发光的光子能量分布 .     

光纤液位仪发射-接收机设计

基于光弹效应，研制了ＩＭ８５－Ⅰ 型光纤液位仪。其传感器内采用光桥式补偿光路，可以克服各种外界因素对测量产生的不利影响。根据补偿结构的要求，其发射－接收机采用双光源交替发光，双探测器同时探测的工作方式。但光源光谱稳定性和光电探测器光电转换的线性对测量结果都会有影响．分析表明：选择发光二极管作光源，硅ＰＩＮ管作探测器．采用Ⅰ－Ｖ光电转换方式，可以满足没计要求。仪器的精度为０．２％．     

光学法诊断发动机燃烧过程的实验研究

研制了一个用于发动机燃烧过程监测和分析的光电测量系统，包括一个以镀膜蓝宝石棒为传感头的光纤燃烧传感器，一套以光电倍增管ＰＭＴ为光探测器的检测电路和一套数据采集分析系统。应用这个系统在一台汽油机上进行了实际测量。实验表明，光学法可以准确地测出发动机燃烧过程的时间参数，从光调度化曲线可以得到混合气均匀性和燃烧循环波动之间的关系。     

微微秒光电导采样技术及应用

本文介绍了微微秒光电导采样技术的原理，应用自己研制的微微秒光电导采样系统测量了自制的ｐｓ光电导开关、超高速光电探测器、同轴电缆线的色散展宽、锁模Ａｒ激光的脉冲宽度和ＧａＡｓ场效应晶体管的响应时间等。     

逆向傅里叶变换激光测粒仪的光线计算模型

在光散射颗粒测量中,逆向傅里叶变换技术具有测量下限小和对透镜口径要求低等优点,其缺点是要求满足光束近轴和窄测量区条件.为了实现逆向傅里叶变换技术在在线中应用,提出了一种光线传输计算模型,即在不同的测量区厚度和光束张角情况下计算探测器上散射光信号分布,并与常规的傅里叶变换系统比较,研究测量区厚度和光束张角等因素对逆向傅里叶变换技术光散射信号的影响.数值计算表明,逆向傅里叶变换系统中的信号分布与测量区厚度、等效焦距和入射汇聚光束张角的选择密切相关.所提出的光线传输计算模型可为逆向傅里叶变换系统的在线测量应用提供理论依据.