相干梯度敏感干涉测量技术及在静态断裂力学实验中的应用

介绍了相干梯度敏感(CGS)干涉测量技术的基本原理及其在静态Ⅰ型断裂实验中的应用,验证了该方法对裂纹尖端局部变形场和断裂特性进行定量研究的可行性。给出了代表静态Ⅰ型裂纹尖端奇异场光力学信息的CGS控制方程,模拟并分析了Ⅰ型裂纹尖端的CGS条纹模式,对静态Ⅰ型裂纹尖端变形场和断裂特性进行了三点弯曲的CGS试验,并提取了应力强度因子KⅠ。结果表明,试验结果与理论分析结果相吻合。

相干梯度敏感(CGS)干涉测量技术及其应用研究

首先介绍了相干梯度敏感(CGS:Coherent Gradient Sensing)光学干涉测量技术的最新研究进展;其次,详细介绍了透射CGS方法和反射CGS方法的基本原理及实验技术;最后给出了CGS技术在各种断裂力学研究中的应用,不仅给出了各向同性均匀聚合物材料I型、混合型、V型裂纹及梯度材料I型裂纹尖端奇异场的控制方程,而且给出了对应各自情况下的CGS光学条纹模拟与实验图像。研究结果将为实验断裂力学研究提供基础性理论和实验应力分析手段。

基于原子干涉测量技术的卫星重力梯度测量

原子干涉测量技术的发展促进了重力梯度仪技术的发展,使得在测量地球重力场方面有了新的方法,从而能够获得更高分辨率和精度的重力场信息。介绍原子干涉测量技术的基本原理和发展现状,对利用原子干涉重力梯度仪进行卫星重力测量的优势和可行性进行分析。

基于差分探测的低相干外差干涉间隙测量技术

针对低相干外差干涉间隙测量技术应用于发动机、燃气轮机等设备内部高温、高压、强振等恶劣环境时,面临信号弱、信噪比差导致测量范围受限的问题,提出利用差分探测技术来提升拍频信号信噪比的方法。围绕所提出的方法,建立了严格的间隙测量模型,并从理论上说明了其具有提升信号信噪比、扩大测量范围的优势。为证明方法的可行性,搭建了全光纤低相干外差干涉间隙测量实验验证系统,进行单端探测与差分探测的间隙测量对比实验。实验结果表明在同等测量条件下,差分探测方式将信噪比提高了4.22倍,测量范围由10 mm增加到了20 mm。进一步,对系统的测量不确定进行了分析,理论和实验均表明,由于光纤延迟器件扫描速度的不稳定性,系统测量不确定度整体上具有随测量间隙增大而增大的趋势,但在20 mm测量范围内,测量不确定不超过15μm。

光纤低相干干涉测量法的光谱域处理技术

使用低相干宽带光源可使光纤传感器系统实现高分辨率和大动态范围。本文介绍了在具有这种特点的光源下应运而生的光谱域处理技术。

基于非相干成像的透明物体波前测量方法

提出一种新的波前测量方法 ,这种方法采用了非相干成像和相移技术 ,通过相移可精确测量位相物体引起的成像光线偏折 ,然后计算波前分布。测量中 ,利用PC机显卡的双屏功能 ,其中一个显示由计算机产生的正弦灰度调制光栅图样 ,CCD记录下经过待测物体后的变形条纹图样 ,根据相移技术可以完成对透明物体波前的测量。在这一技术中 ,由于调制光栅图样是由PC产生 ,因此光栅的周期和方向可以灵活设置 ,并可以实现精确的相移。计算机模拟和实验验证了这一技术的可行性。与传统的波前干涉计量相比较 ,这种方法具有结构简单、成本低、灵活性高等优点。

基于马赫-泽德干涉具的激光光谱探测技术研究

实时、可靠地探测敌方来袭激光的类型和特征参数是激光告警的主要任务。相干探测技术依靠激光的相干性探测其信息,是较有效的探测技术之一。为了探测来袭激光光谱信息,设计了一种激光探测与光谱实时测量装置。该装置以相干探测技术和傅里叶光学与光信号处理为基础,使用实心小型静态马赫-泽德干涉具作为相干探测元件,它能有效地抑制背景光,无机械扫描部件,光谱检测速度快,可探测纳秒级窄脉冲激光信号;用高速DSP芯片和多通道帧减技术进行实时信息处理,实现背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明,运用马赫-泽德干涉具和多通道帧减技术,能实现脉冲激光探测,提高测量精度;可探测激光脉冲宽度为10 ns,波长测量误差小于10 nm。

结合InSAR的矿区大梯度变形监测技术进展

合成孔径雷达干涉测量技术(In SAR)广泛应用于监测矿区地表形变,采用SAR影像的相位信息可高精度提取试验区的微小形变;但当形变梯度较大,引起干涉影像对的失相干无法得到有效干涉条纹时,则无法获取矿区形变,亟需引入新的技术来解决。本文通过查阅相关文献,分析了目前结合In SAR技术完成矿区大梯度变形监测的几种方法,总结了这几种方法的不足,提出了未来的研究方向和思路。

应用于眼轴参数测量的光学相干层析系统

生物测量在眼科疾病的诊断和治疗中越来越重要,对儿童和青少年的眼轴长度进行监测有助于预防和治疗近视及其引发的眼科疾病,眼轴参数的准确测量也是影响眼病患者术后视觉质量的重要因素。为了测量眼轴参数,本文研究了基于时域低相干技术的眼轴测量方法,研制了高精度、非接触式眼轴测量的原理样机,并开展了相应的实验研究。利用低相干干涉技术与长相干干涉测距技术结合的方法,采用时域的机械扫描方式,搭建一套光纤型低相干层析测量系统。通过对标准透镜厚度和镜面间隔的测量实验,重复测量精度优于0.3μm。最后对鱼眼眼轴参数进行测量,清晰得到鱼眼的角膜、晶状体和视网膜等结构。实验结果表明,该系统的稳定性及重复性均能达到设计要求,可以用于动物眼轴参数的测量。

基于M-Z干涉具的激光光谱探测技术研究

为了探测来袭激光光谱信息,设计了一种激光探测与光谱实时测量装置,以相干探测技术和傅里叶光学与光信号处理为基础,进行激光光谱测量。使用实心小型静态马赫-泽德干涉具作为分光元件,有效地抑制背景光,且能探测纳秒级窄脉冲激光信号;用高速DSP芯片和多通道帧减技术实现实时信息处理,达到背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明,可探测激光脉冲宽度为10 ns,波长测量误差小于10 nm。

基于贝叶斯神经网络的相位梯度计算方法

应变重构是相衬光学相干层析力学性能表征中的关键步骤,其需要准确计算出差分包裹相位的梯度分布。为了能够解决强噪声干扰下的相位梯度重构信噪比低的难题,提出了一种基于贝叶斯神经网络的相位梯度计算方法。首先,通过计算机模拟不同散斑噪声等级下的包裹相位图,并生成相应的理想相位梯度,以构建网络的训练集。其次,基于网络训练集采用贝叶斯推断理论学习强噪声环境下的包裹相位与相位梯度的“端到端”映射关系。最后,将相衬光学相干层析测量的差分包裹相位结果送入贝叶斯神经网络进行处理,实现高信噪比相位梯度预测。此外,通过借助贝叶斯神经网络的统计特性,以模型不确定度来定量评估相位梯度预测结果的可靠性。通过数值实验和三点弯曲力学加载实验对比分析了本文方法和主流矢量方法的性能。实验结果表明:在噪声较小的条件下,本文方法重构的相位梯度信噪比可提升8%;在噪声较强条件下,本文方法能成功恢复因相位条纹难以分辨而无法计算的相位梯度。此外,模型不确定度能够定量分析网络的相位梯度预测误差。可以预见,在样品形变复杂且先验信息未知的条件下,本工作为相衬光学相干层析提供了一种有效的应变重构方法,从而能实现高质量和高可靠的内部力学性能表征。

InSAR可检测的最大最小变形梯度的函数模型研究

InSAR干涉图中的相位噪声是相干性和视数的函数.InSAR能检测的地表最大最小形变梯度,除了受到InSAR硬件的限制外,还直接受到InSAR干涉图中噪声强弱的影响.此外,由于多视处理会改变像元的大小,也会引起可检测的最大最小形变梯度显著变化.本文研究了 InSAR可检测的地表最大最小形变梯度与相干性和视数的关系,并建立了视数为1、5和20时(ERS和ENVISAT常采用的多视数)InSAR可检测的最大最小形变梯度的经验函数模型.最后,本文用伊朗Bam地区的Enivsat ASAR数据进行了试验,结果表明该模型能够准确地判别不同视数和相干性情况下地表变形能否被InSAR技术所检测.与Baran只考虑了相干性的模型相比,本文的模型适用范围更广.

基于点目标分析的InSAR技术检测地表微小形变的研究

近年来,由合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)技术发展而来的时间序列影像点目标分析技术已发展成为大范围地提取地表微小形变信息的关键技术。本研究针对地表形变检测中经常出现的时间、空间去相干问题和大气效应等问题,从常规的合成孔径雷达差分测量技术(D-InSAR)入手,深入探讨了以永久散射体(PSI)和相干目标分析(CTA)方法为代表的点目标分析技术原理和方法,阐述了它们的特点和优势。最后,介绍了CTA方法对提取长时间地表形变场的具体应用实例,说明其方法的有效性和可靠性。

一种新的宏、细观变形全场测量方法(英文)

基于光学干涉和衍射理论,提出了一种新的用于宏、细观面内变形测量的光学方法。利用三束准直相干光之间的干涉,分别得到面内位移U+V和U-V的两幅耦合条纹图。借助于FFT相移技术,直接计算出全场的U和V分布。本实验系统中包含有长距离显微镜,三光束系统,数字图像采集和处理系统等。它具有光路简单,避开条纹级次的确定,直接计算得到U、V场等优点。将它用于热塑性复合材料 56层板AS4/PEEK[0/±45/90]7S三点弯曲梁位移场的宏、细观测量。得到了层间的变形规律。本文还利用三维各向异性弹性有限元法对AS4/PEEK[0/±45/90]7S三点弯曲梁进行了数值计算,得到了自由表面的位移场和应变场的数值解。定量分析了层间的变形传递规律,有助于进一步分析AS4/PEEK[0/±45/90]7S层合板宏、细观变形。

量子信道干涉

单个信道的性质可以用量子测量和量子层析技术等方法描述，但是仅仅单个信道的性质还不足以描述两个信道同时作用时的情况。J．Aberg告诉我们仅仅知道单个信道的信息并不足以帮助我们说明两个映射（一个信道的作用可以用一个映射来描述）同时作用时的情况。但是两个信道之间的干涉可以提供给我们单个信道描述中所没有的附加信息，即两个信道间的相干性质。因此，干涉测量可以用来提取量子层析技术所不能获得的信息。

一种基于空间光程差调制的条纹位置测量方法

提出了一种基于空间光程差调制的条纹位置测量方法,用于恒星干涉仪条纹搜寻和条纹追踪.来自基线两端的两光束合束时,通过合束器在两光束之间引入一个倾角,用以实现静态的空间光程差调制.使用成像透镜将静态光程差调制得到的白光干涉条纹成像到CCD探测器上.白光条纹位置的偏移与两光束之间的光程差大小相关,使用获得的干涉条纹实时计算白光条纹位置,测量出两束光之间的光程差,用于延迟线的实时光程差补偿,从而可以稳定干涉条纹.数值模拟和实验结果表明,采用该方法获得的最大光程差测量误差为0.159μm,小于数值模拟和实验所用宽带光的平均波长0.555μm,测量精度满足条纹相干的要求.与时间调制方法相比,该方法原理和算法简单,且对于大气扰动更不敏感.

Stacking InSAR和IPTA技术应用于探测宁夏隆德县滑坡隐患

宁夏回族自治区隆德县是典型的黄土丘陵区,古滑坡分布广泛,坡体受河流切割作用强,属于地质灾害中易发区。本研究采用时间跨度17个月共43景Sentinel-1卫星影像,利用干涉叠加(Stacking)和相干点目标分析技术(Interferometry Point Target Analysis,IPTA)对隆德县全境滑坡隐患进行了探测,根据已有滑坡隐患记录,Stacking技术有效探测44处,有效探测率93.6%,IPTA技术有效探测37处,有效探测率78.7%。两种InSAR测量结果的最大形变速率线性相关性强(R2=0.56),测量结果相互吻合。所识别滑坡隐患主要集中在缓坡和斜坡,形变速率和坡向对2种InSAR技术的有效探测率影响较小。同时IPTA时序测量结果反映出隆德县滑坡隐患区存在4种典型形变特征。该研究结果表明联合2种InSAR方法能够更好的对隆德县滑坡隐患进行全面探测。后续将开展InSAR技术滑坡隐患测量精度验证和IPTA测量方法的改进工作。

基于InSAR沉降监测的建筑地基沉降变形量测量

当前,地基沉降变形量测量结果误差较大。因此,文中提出融合InSAR沉降监测技术的建筑地基沉降变形量测量方法。通过滤波处理合成孔径雷达影像,结合InSAR沉降监测原理,计算出建筑地基的最大形变梯度,采用概率积分法进行空间差值计算,求解沉降变形量测量值。结果表明,该方法的测量平均百分比误差为0.04%,沉降中心测量平均百分比误差为0.09%。

激光束参数测量方法研究

激光束参数测量方法研究电子工业部第五十三研究所朱敏一、引言激光技术是近三十多年来发展起来的一门尖端科学技术，激光在国防建设，工农业生产、医学、通讯等各方面都有着极为广泛的用途。激光具有很好的单色性，相干性、方向性，并且有很高的相干强度，激光束不同于一...