光栅投影系统设计

论述了光栅投影系统中冷光源的设计及用于光栅投影的透镜设计。前者运用透红外冷反光镜，实现了对可见光的高反射，对红外光80％以上透射，使得输出光热量很少，降低了测量误差；后者采用基本对称结构，并对球差及畸变进行校正，达到要求，提高了光栅成像的质量。     

相位测量轮廓术中正弦光栅的构造及频谱分析

为了获得三维物体表面的正弦光强投影分布,提出了矩形光栅组合准正弦投影光场的方法。选择适当的光栅组合参数,可得到一个近似的正弦分划板。频谱分析和光学实验验证了设计的合理性。模拟了光栅投影的光强分布曲线,建立了组合准正弦光栅的数学模型,并对构造的准正弦光栅进行了频谱分析。其频谱分布与正弦振幅光栅的傅里叶变换频谱具有相同的特点。研究结果为刻划正弦光栅的设计和理论研究提供了有益的思路。     

用投影光栅测量三维物体表面形状

详细分析了投影光栅的频谱结构、位相信号的频率范围及背景亮度等因素对测量精度的影响，提出了光栅周期、滤波器通频带及光栅信号幅度的选择范围。     

提高光栅投影测量精度的相移精确测量法

在光栅投影测量的相位计算中，采用Gray编码和相移相结合的方法，并针对当前光栅投影测量中相位计算精度不高的问题，提出一种新的相移方法．与传统相移方法相比，该方法采用新的投影光栅光强函数．考虑到光栅投影测量中可能出现的标定误差、投影光非正弦模式以及其他干扰因素，在该函数中加入对这些干扰的纠正值，从而减少由这些干扰产生的不利影响，进一步提高投影光栅和对象测量的精度．通过对邻近点插值获得的投影光栅，条纹精度可以达到亚像素级．对实际测量获得的投影光栅图像的处理实验，证明了该方法的可行性和先进性．     

基于数字投影仪的三维轮廓检测系统

通过对DLP(digital lighting process)数字光处理器投影仪的原理分析,建立了基于透视变换的投影仪原理模型.模型中建立了投影点与空间投影直线的关系,得到光栅平面在空间中的表达式,在此基础上设计编码光栅对空间进行划分.由于编码光栅是一系列的矩形光栅,所以通过编码光栅不同的排列组合对空间进行编码划分,确定空间中每一个光栅面的次序.再由测量系统的空间几何结构关系,得到被测物体表面点的三维坐标,实现了基于数字投影仪的物体表面三维信息测量.实验证明,利用数字光处理器投影仪可以方便地实现编码模式,基于本方法的三维轮廓检测系统结构简单,适合于各种高度变化的物体,可以快速、方便地进行三维信息重构.     

复合虚拟光栅在投影栅相位法上的应用

通常准确测量物体的突变形面,采用一种双频变精度方法.该方法测量周期长,动态性较差,所以提出了基于虚拟复合光栅投影的三维轮廓测量技术.在计算机上模拟生成虚拟光栅,将两种频率的光栅合成为投影复合光栅进行测量.本文给出了这种测量技术的原理,实验结果表明,采用复合虚拟光栅投影三维形貌测量技术可以有效地解决相位展开所产生拉线的困难,实验效果较好.     

基于频率调制二元编码光栅相位测量剖面术

分析传统的频率调制正弦光栅用于3步相移相位测量剖面术时,系统非线性对测量精度的影响,提出采用二元频率调制光栅,提高3步相移相位测量剖面术计算绝对相位测量精度的方法.完成了分别采用传统正弦频率调制光栅投影和基于Floyd-Steinberg二元编码频率调制光栅投影的相移剖面术的绝对相位计算结果对比.结果表明,采用正弦频率调制光栅模板的3步相移算法对系统的非线性敏感,而二元编码频率调制光栅模板既保持了利用单组条纹投影就可计算条纹绝对相位的优点,又不受系统非线性的影响,大大提高了基于频率调制光栅的相移剖面术的测量精度.计算机模拟和实验验证了所提方法的有效性.     

基于彩色光栅投影的相位测量轮廓术

提出一种新的基于彩色光栅投影的三维面形测量方法.将相移量为2π/3的RGB调制的正弦光栅复合成彩色光栅投影到被测物体表面,利用相移算法求解出相位,最终获得物体的三维数据.该方法只需一幅投影条纹图就可以完成三维测量,同时给出了理论分析和计算机模拟.     

光栅海图校准系统的理论研究

对海上交通中船舶交通流进行研究,需要解决的首要问题就是光栅海图中的经纬度坐标和计算机屏幕位图坐标的一一对应.通过分析光栅海图的投影原理和投影后的经纬度分布特点,利用墨卡托投影变换公式得出了其相应的数学模型和相关算法.对海图的投影变形进行详细的分析,并探讨了在窗口全部缩放和局部缩放时海图和屏幕之间的一一对应.     

双频光栅相位法应用于三维人体测量

光栅法是非接触三维测量的重要技术,在分析现有光栅法技术的基础上,采用双频光栅相位法并结合平行光轴系统及移轴技术,提出了一种改进的双频光栅相位法三维人体测量技术架构.该架构避免了单频光栅法相位展开误差传递问题,解决了近心投影系统中相位高度求解过程中的非线形问题,扩大了有效测量区域,对人台的测量和重构表明,该方法实用且测量精度高.     

质心原理在光纤光栅传感波长解调中的应用

在光纤光栅传感悬臂梁调谐滤波技术中,峰值法进行波长检测误差大,精度低,测量结果不稳定.针对峰值法的不足提出了一种质心原理方法.该方法利用扫描的光强分布图形的质心检测光纤光栅的波长变化,与传统的峰值法相比可使检测精度提高70倍,大大降低了波长检测误差.     

超声波作用下的光纤布拉格光栅频谱分析

阐述了利用光纤布拉格光栅进行传感测量的基本原理与方法,讨论了由于超声波作用而引起的光纤布拉格光栅机械形变及折射率变化.引入分层传输矩阵法建立仿真模型,利用一组典型的光纤布拉格光栅参数并采用分层赋值与矩阵叠加的方法,数值模拟了超声波作用下光纤布拉格光栅的频谱特性.分析了该模型的有效作用条件及改变超声波波长及强度对光纤布拉格光栅频谱特性的影响.提出一种适用于多种条件下的利用光纤布拉格光栅测量超声波的方法,以及相应可供参考的仿真模型.     

光的衍射的理论分析及Mathematica仿真模拟

首先利用旋转矢量从理论上推出了光的多缝干涉的光强分布公式,并将狭缝数N→!,从而得到光的单缝衍射光强分布,进而在多缝干涉和单缝衍射的基础上得到了光栅衍射光强分布.此外,将Mathematica仿真模拟应用到光的衍射课堂教学中.基于Mathematica软件的交互功能,利用Mathematica的Manipulate命令对单缝夫琅禾费衍射和光栅衍射做了仿真模拟,获得了相应的可以调节各参数(如波长、狭缝宽度、光栅常数等)的动态图形.这对学生建立清晰的物理图像,更好地理解光的衍射的物理规律有很好的促进作用.     

亚波长光栅的零级反射特性研究

从严格耦合波衍射理论出发,在不同入射角、方位角和光栅参数下的情况,计算了矩形亚波长光栅零级反射效率随入射光波长的变化.通过计算结果,找出相对合理的光栅参数,使得当入射光的入射角或方位角发生变化时,光栅反射出不同波段的光,即反射出不同颜色的光.这些研究可应用于防伪技术,为设计和制作防伪光栅提供了设计依据.     

塑料相位光栅型波分复用/解复用器的设计

采用模压成型的塑料相位光栅作为波分复用/解复用器的分光元件,根据矩形相位光栅衍射公式,理论分析和仿真其衍射效率和信道分离情况.研究结果表明:对于一定刻槽深度的塑料相位光栅,+1级衍射效率和入射角的关系与理论分析结果一致,即对于采用的波长分别为575,625,675nm的入射光,当刻槽深度为200nm时,+1级衍射效率最大值所对应的入射角为25°左右,此时衍射效率理论值最大可达0.79;信道间隔为50nm时,从探测器观察其光斑间隔为230μm左右,大于光纤直径(200μm),能有效实现光波分离,可应用于塑料光纤波分复用系统.     

一种基于输液速度与温度实时监控的输液监护仪设计

为了实时有效地监控输液速度、输液温度等输液状态信息,提出了一种新型输液监护仪的系统设计。该输液监护仪采用红外对管作为传感器对液滴滴落采集计数,实现对输液速度和剩余输液量的监控。用温度传感器DS18B20采集温度数据和用PTC加热器对输液管加热,实现对输液温度的控制。特别是对输液温度的监控,可以精确地将输液温度控制在恒温,让患者处于舒适的输液环境,提高患者对药液的吸收,避免寒冷输液给患者带来的负面影响。同时系统预设报警值,将采集到的数据与预设报警值进行比较判断,完成报警功能。实验测试证明,该监护仪能够准确地对输液状态信息进行监控,验证了输液监护仪设计的可行性与可靠性。     

汽车雨滴传感器的设计

雨滴传感器是汽车智能雨刷系统的重要组成部分.基于光强变化的原理,提出了一种新的红外线雨滴传感器设计.传感器由红外光发射电路和红外光接收电路组成,用PIC单片机做控制器.实验证明,该雨滴传感器反应灵敏,实时性好,性能稳定.     

光纤光栅传感技术应用研究及其进展

光纤光栅传感器具备普通光纤传感器所不具有的不受光强波动影响、自参考的绝对测量、便于单光源波分复用和光集成四大优点,因此成为当前国内外的一个研究热点．目前光纤光栅传感器在航空航天领域和民用工程领域已得到了较为广泛的应用,而且各种新的解调方案不断被提出,然而被测参量之间的交叉敏感和解调技术等因素影响了光纤光栅传感器商品化的进程．当前的问题是探索性价比更适合于产业化的技术方案,使光纤光栅传感器能更广泛地为国防和国民经济建设服务．因此,对光纤光栅传感技术在国内外的应用研究进行了较为全面的综述,以使有关方面和同行对该研究领域投入更多的人力物力．     

快速调节入射光垂直于光栅平面的方法

利用分光计和光栅测量光波波长(或光栅常数)的实验中,通常采用“垂直入射法”。实验时调节入射光使之与光栅平面垂直是最关键、最困难的步骤,往往由于入射光未能严格垂直入射光栅平面而使实验精度不高,文章通过理论分析提出了一种新的方法,用该方法可以快速调节平行光垂直于光栅平面。实验表明:用该方法所得到的实验结果相对误差在0.1%以下,大大高于传统方法的测量精度。     

入射角对光栅衍射测量结果的影响

分析了测定光栅常数或测定光的波长时把斜入射当作正入射考虑所引起的误差,结果表明：当入射光线与光栅不垂直而偏离的角度α小于3°时。这部分误差较小而可以忽略,但随着偏离角度的增大,测量误差会显著增加．