基于PSO-RBFNN的太阳能电池片表面质量检测

为解决太阳能电池片质量检测精度不佳、抗扰性差等问题,提出基于PSO-RBFNN的太阳能电池片表面质量检测方法。基于PSO-RBFNN原理采集电池片质量缺陷条纹特征,根据采集到的条纹特征定位电池片质量缺陷区域;为保障定位的准确,结合最小二乘法对电池片质量缺陷区域进行降噪,最终实现对太阳能电池片表面质量的准确检测。最后通过实验证实,基于PSO-RBFNN的太阳能电池片表面质量检测方法相对于传统方法有更高的准确性,充分满足研究要求。

改进PConvUNet图像修补的解包裹方法

包裹相位图是描述相位信息分布的二维或三维图像,广泛应用于光学干涉和计算机视觉等领域。精密齿轮齿面由于自身形状特征、加工及使用等因素影响,在激光干涉测量中包裹相位图常出现区域分布异常的条纹,导致解包裹时出现错误,极大降低了齿面形貌的测量精度。针对此问题,提出一种包裹相位图修补的解包裹方法,在PConvUNet网络中添加了深度残差模块与CBAM注意力模块用于修补相位图中质量差的包裹相位区域。实验证明,修补后的相位图能在解包裹时有效消除相位跳变点,有效提高了干涉图像处理的精度。

扫描白光干涉技术在硅片检焦过程中的应用

晶圆检测设备常采用机器视觉方法采集晶圆图像,但基于光谱共焦位移传感器的调焦系统测量精度低、鲁棒性差,基于三角测量原理的调焦系统虽精度足够高,但硅片表面图案与沟槽会影响探测光路从而导致系统无法工作。针对这些问题,提出一种基于扫描白光干涉技术的调焦系统,以实现对于不同工艺属性硅片焦面位置的快速精准测量。此检焦系统首先进行相机最佳焦面位置与PZT零光程差位置之间垂向距离的标定,使得在检焦测量时可将零光程差位置作为检出对象,极大地提高了检出速度,并且在零光程差位置定位时,根据干涉波形的形状自适应选择定位算法,提高了检焦系统的工艺适应性。实验结果表明,对于单峰波形和双峰且双峰半分离波形,重心法处理得到的焦面位置的平均绝对误差分别为20 nm和56.1 nm,而包络法则有38 nm和56.2 nm,并且重心法处理耗时在1 ms之内,包络法则需25 ms左右,故选用重心法作为零光程差定位算法。对于双峰且双峰完全融合波形和双峰且双峰完全分离波形,重心法处理得到的焦面位置的平均绝对误差分别为20.3 nm和17.8 nm,而包络法则有13.2 nm和15.8 nm,故选用包络法作为零光程差定位算法。模板匹配法对于4种波形的处理精度最高,在模板形状确定的情况下使用。文中所提系统的焦面测量结果最大平均绝对误差仅为57 nm,最小可达到8 nm,有较强的实际应用意义。

高精度激光三角位移传感器的技术现状

三角测量法是一种传统的位移测量方法。随着激光器、光电探测器和计算机的发展,三角测量法有了很多新的进展和应用。对激光三角位移测量系统进行概述和讨论。根据光线的不同入射方式激光三角位移传感器主要分为两种:直入射式和斜入射式。分别介绍了这两种方法的测量原理,并对它们各自的特点进行了比较。最后阐述了高精度激光三角位移传感器的应用方向及发展趋势。

一种激光定向的多窗口设计

在激光侦察告警等应用领域需要精确测定入射激光的方向。通过对平行激光在光学劈尖上产生等厚干涉条纹的分析,得到了激光入射倾角与条纹间距的关系,提出了利用入射激光在相邻3个光学劈尖上产生干涉条纹的间距来确定激光入射方向的探测模型,并详细论证了该模型的探测原理。给出了一种由9个光学劈尖组成的可实现半球空间激光定向的多窗口设计方案。理论计算表明,该方案切实可行,且在探测精度、反应速度和系统组成等方面与现有的激光定向技术方案相比具有一定的优越性。

扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。

扩展光源的时间和空间相干性效应分析

在干涉仪不同支路臂中分别加入透明光学层,将扩展光源入射到迈克尔逊干涉仪,观察光场的时间和空间相干现象,发现2种情况下出射光的时间和空间相干包络极值位置发生错位现象。论证了不同支路臂中的光学层可破坏干涉场中的光波相干特性,从而导致时间和空间相干性出现超前或滞后的空间位置互易效应。利用该效应,在2个入射光源条件下,可以得到一种测量光学样品的几何厚度和折射率的实验途径,并给出了相关的计算公式。

基于NDIR的塑料薄膜厚度在线检测系统

为了快速、精确的在线测量塑料薄膜厚度,提出了一种基于NDIR的塑料薄膜厚度在线检测技术,此技术改进了现代近红外测厚方法中常采用的双单色红外光对比法,使用单光源简化了双光源调制的难度,优化了由于双光源照射薄膜不同位置带来的准确性问题。应用上述技术设计实现了此检测系统,此系统应用NDIR相关技术,将现代数字信号处理方法用于数据处理过程中。通过实验方式得到测量结果,并对测量结果进行了数据分析和误差统计,实验结果表明,此系统具有精度高,稳定性可靠等优点,值得推广。

基于FPGA快速光谱获取与分析系统的研究

为了高速地从空域信息中提取频域信息,研究设计基于FPGA的快速光谱获取与分析系统,其光学模块包括准直透镜、静态干涉棱镜、CMOS等,数据采集与处理采用FPGA硬件编程实现。通过对CMOS采集得到的干涉条纹进行滤波切趾、FFT以及光谱标定等处理,给出了相关的计算公式,实现了被测光光谱分布的复现。采用Moswlaim 6.3f对系统的各个模块进行仿真分析,计算不同切趾方式对光谱反演结果的影响,分析了FFT的时序逻辑关系。在搭建了该系统光学模块与处理模块的基础上,完成对660 nm激光器的光谱分析。结果显示,该系统可以实现光谱分布数据的复现,并且转换速度高,适用于高速数据处理系统。

光反馈自混合干涉位移实时跟踪测量算法改进

现有的相位测量算法进行光反馈自混合干涉位移实时跟踪测量时,未考虑原始光反馈自混合干涉信号中的噪声干扰,导致测量精度差。因此,对光反馈自混合干涉位移实时跟踪测量算法进行改进,采用自适应滤波系统去除光反馈自混合干涉信号中的噪声,通过去噪后的自混合信号实施变换处理获取解析信号,提取解析信号的包裹相位突变点,根据相位突变点与正负单位脉冲的乘积定位相位突变点的正确方向,得到自混合干涉条纹;去除自混合干涉条纹中的小数条纹获取全部整数条纹点,对条纹点进行赋值、差值和平滑处理,获取外部目标重构位移轨迹,即光反馈自混合干涉位移。实验结果表明,所提算法具有较高的光反馈自混合干涉位移实时跟踪测量精度。

一种基于轮廓与背景消除的红外视频移动目标检测方案

针对红外视频的移动目标检测算法在还原目标时,目标的轮廓还原准确率较低的问题,提出一种基于轮廓与背景消除的红外视频移动目标检测方案。首先,从视频中选取一些不含目标对象的帧,对选取的帧进行统计处理并建立背景帧;分析背景的场景变化建立变化的自适应背景帧,并将背景帧的杂波过滤掉;然后,使用Canny边缘检测和K-means聚类检测目标轮廓并将目标轮廓从背景提取出来;使用形态学的边缘连通算法将目标轮廓进行关闭与Flood-fill填充处理获得目标对象的形状。对比实验结果证明,相较于其他红外视频移动目标检测算法,该算法获得了较好的目标轮廓与形状,同时,该算法的检测率与虚警率性能以及每帧的处理时间均较优。

基于LabVIEW的微米颗粒散射光信号采集系统设计

微米颗粒散射光信号的获取是利用夫朗和费衍射原理分析微米颗粒粒径的基础。介绍了由计算机和高速数据采集卡组成的高速采集装置,讨论了在基于虚拟仪器软件平台的程序设计中遇到的有关散射光信号的高速采集、存储、显示等问题。通过实验证明能够得到反映微米颗粒散射光信号的结果,为今后利用这些结果进行微米颗粒的粒径分析提供了可靠的依据。

基于碳纳米管的基底构筑及其在灭幼脲检测中的研究

研究基于表面增强拉曼光谱对灭幼脲农药的检测,通过理论分析及仿真,发现具有3D结构的碳纳米管基底具有良好的表面增强拉曼光谱现象,利用碳纳米管设计出有规则的阵列和3D结构,以银离子作为基底材料的支撑物,在波数范围为100~3200 cm-1条件下,可获得灭幼脲的浓度检测范围是3 mg/L~5 g/L。这表明采用单壁碳纳米管这一材料作为检测灭幼脲残留的表面增强拉曼基底满足灭幼脲浓度检测国标精度要求。

一种活体多通道生理生化检测仪的设计

为了在无创伤且易操作的情况下获得糖尿病患者的多种重要生理参数,设计一种基于单一无创检测血糖探头的活体多通道生理生化检测仪。该仪器以S5PV210处理器(ARM Cortex⁃A8)为控制核心,完成各功能模块的设计,给出H桥光电驱动电路、电源模块、存储模块和串口转换电路等硬件电路的设计方案,所得数据在串口屏上显示,同时介绍基于USART HMI的人机交互界面实现方案。使用该仪器对10名志愿者进行实验验证,测得各项生理参数的真实值与测量值的相关性均在0.8以上。结果表明,活体多通道生理生化检测仪具有很好的准确性、稳定性和可操作性,在糖尿病药效学研究有着广阔的应用前景。

高灵敏度激光吸收光谱中的微弱信号处理

可调谐二极管激光频率调制吸收光谱(FM-TDLAS)技术是一种高灵敏度的痕量气体检测方法。为改善以CH4为目标气体检测系统的信噪比,提高系统的检测灵敏度,以双平衡混频器(double balanced mixer)为核心,设计了一套用于提取被噪声淹没的微弱信号的调制解调高频相敏探测器。在对高频相敏探测器进行具体设计和分析的基础上,结合实验,利用CH4气体在1653nm附近的近红外吸收光谱,对整体电路的性能进行了测试,获得了具有较高信噪比的二次和一次谐波信号,检测灵敏度可达10×10-6。

基于奇异值分解的自混合干涉信号降噪方法

构建光反馈自混合干涉理论模型,通过Matlab仿真分析验证理论模型的正确性。利用奇异值分解的方法确定Hankle矩阵,对矩阵进行奇异值分解,构造逼近矩阵对含噪自混合干涉信号进行降噪处理。在适度反馈机制下,选取不同的光反馈水平因子C值进行仿真。对降噪前后信号波形进行仿真分析,实验结果表明奇异值分解改善了信号的光滑性,起到了降噪的效果;通过对降噪前后所测位移精度的对比,精度的提高表明奇异值分解的降噪方法在自混合干涉信号噪声处理方面的有效性。

一种新的微波/毫米波产生方法

提出一种新的微波/毫米波光产生方法,将激光脉冲入射到单模光纤FP腔中,激发腔中的两个本征模,利用两本征模相位失谐与光外差方法得到微波/毫米波信号,得出单模光纤FP腔结构参数与微波/毫米波信号频率间的关系表达式。数值计算表明:调制频率为25 MHz的脉冲激光入射到单模光纤FP腔时,可得到频率为2.083 GHz的微波信号。通过调节FP腔内的双折射强度,可得到从微波到毫米波的信号。该方案只需一个激光光源,成本低、可靠性高、稳定性好。

基于寻峰算法的荧光检测设备的设计与实现

为了较简单、精确地获得C反应蛋白(CRP)检测中T峰和C峰的位置,设计了一种小型的荧光检测设备,并提出一种新的寻峰算法,即平移窗口寻峰算法。该检测设备包括光路、电路等的设计及优化。通过单光路结构的设计,保证设备结构紧凑、整体体积较小;通过内环电流反馈和外环光强反馈,使得LED激发光输出稳定。对CRP的检测实验表明,平移窗口寻峰算法操作简单,获得T峰和C峰的位置精确度相比于一般多项式拟合法分别提升50.0%和52.9%,具有较高的精度。

基于小孔成像光斑的无衍射光分布测量系统

由于传统的无衍射光分布测量系统的无衍射距离计算准确度和测量精准率低,为此基于小孔成像光斑设计了一种新的无衍射光分布测量系统。系统硬件设计中选择相应的处理手段调整硬件元件机制,选择Honenywell CK71数据采集器进行特殊处理,不断调整处理过程,并对收集数据进行解析,保证数据收集的完整程度。在计算模块中不断划分计算数据与光斑距离数据的差异,按照相应准则进行计算处理;在光分布测量模块中利用光模块测量仪对整体光分布进行测量,实现对系统硬件的设计操作。在系统软件设计中,设置相应的光谱测量程序对光分布进行检验测量,提升系统的软件操作能力,实现整体系统设计操作。实验结果表明,基于小孔成像光斑的无衍射光分布测量系统能够在一定程度上优化系统内部结构,调整数据状态,具有较高的系统研究价值。

利用PVDF传感器检测激光超声的实验研究

简要介绍了激光超声技术以及声表面波的基本特点、激光超声产生和接收的基本原理及激光超声技术的应用。概述了聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜材料的结构、性质和应用,以及薄膜压电性产生的机理。对PVDF换能器的设计思路和实验方法进行了简单讨论。具体实验采用脉冲激光器激发声表面波,利用PVDF传感器接收实验信号,调试实验信号,得出波形,并对实验现象作出初步分析。证实了该实验装置应用于激光超声无损检测的可行性与可靠性。