大视场白光干涉测量系统及性能研究

基于国产化的2倍迈克尔逊型干涉物镜组,优选配置0.5倍适配镜,对白光LED照明光源进行带通滤波参数的仿真估算和实验性能比较,构建了整套大视场白光干涉精密测量装置系统并进行了实验测试,通过白光干涉轴向响应实验曲线确定了中心波长。实验结果表明:通过光谱滤波获得了较为理想的白光干涉轴向响应曲线;系统的水平最大视场达到了14 mm;高度为2.04μm和20.43μm的标准台阶样品的测量结果分别为2.05μm和20.47μm,10次测量重复精度(标准差)分别为12 nm和16 nm。对粗糙度样板、微机电系统传感结构和半导体晶圆膜层进行了实测,表明所研制的系统装置在三维光学无损精密检测领域的应用具有可行性。

空间外差遥感数据光谱-干涉图双向校正算法研究

空间外差光谱技术(SHS)作为新型高光谱分析技术,被广泛应用于大气检测、卫星遥感等领域,但由于空间外差光谱仪的制作不理想或工作环境的变化都会改变仪器参数而引入误差,使干涉图数据不准确,需要进行误差校正。在卫星平台下,由于与地面环境的巨大差异,导致地面测定的校正参数对空间外差干涉图数据不再适用,特别是调制项误差(相位误差和非均匀误差)的改变,极大影响了光谱的准确性。针对空间外差遥感数据的调制项误差,从光谱与干涉图两个方面入手,进行误差分离与原因分析,认为空间外差遥感数据误差主要来源于CCD尺寸伸缩导致的光谱频率变化和CCD响应改变导致的干涉图强度变化,提出了光谱-干涉图双向校正方法。校正测试数据选取高分五号搭载检测仪(GMI)实测的12条O 2吸收光谱。取其中一条作为标定光谱,以SCIATRAN仿真的无误差光谱为基准,与标定光谱进行对比,分析两者在光谱维的频率偏差,通过特征峰频率确定两者的频率变换关系。然后根据变换关系将仿真光谱进行频率拉伸,使拉伸后的仿真光谱与实测光谱谱峰重合,计算拉伸仿真光谱与实测光谱干涉图,将两者干涉图相比得到干涉图强度的变化关系。最后将干涉图强度变化关系用于其余11条光谱的校正,得到校正后光谱。为了衡量校正效果,以校正前后光谱的标准差、均方误差和信噪比作为评价指标。结果显示标准差、均方误差都明显降低,同时信噪比显著增大,且标准差基本都在0.07以下,信噪比基本能达到20以上。其中校正效果最好的实测光谱,标准差减少了0.3767,信噪比提高了25.1016,均方误差降低了0.1587,校正效果较差的实测光谱,标准差减少了0.2296,信噪比提高了9.6328,均方误差降低了0.1049。因此所提出的光谱-干涉图双向校正方法对空间外差遥感数据的误差校正起到较好的效果,且处理过程简单,为同类数据的处理提供了一种新思路。

一种基于迈克尔逊干涉仪的浓度/折射率在线测量系统的研究

浓度是表征溶液性质的重要物理参数之一。本文设计了一种基于旋转比色皿结合迈克尔逊干涉仪的浓度/折射率在线测量系统。将液体加入比色皿并旋转5°,利用CCD采集光强数据和自编的计数程序,可实时测量旋转前后干涉条纹移动数目之差,并由此计算NaCl和葡萄糖溶液的折射率和浓度。对质量百分比浓度为0、10%和20%的NaCl溶液进行了折射率测量和误差分析,发现与相关理论值的相对误差仅为0.61%、0.63%和2.2%。葡萄糖溶液的浓度—折射率关系曲线也呈现出线性良好、可靠性高的特点。总之,基于迈克尔逊干涉仪的浓度/折射率在线测量系统具有测量非接触、结果可靠、高效实用的特点。

基于染色算法的地震干涉成像技术

为了提高基于染色算法的逆时偏移计算效率,提出基于染色算法的地震干涉成像技术(CC-STRTM)。地震干涉技术作为一种炮记录的处理手段可以消去两个炮记录中相同的信号。该技术将观测系统从地表下移到人为选取的地下校准面,将研究区域缩小到校准面下侧。再分析干涉成像结果,选出染色区域。最后完成复数域的逆时偏移处理,输出虚部偏移结果。通过复杂模型对该方法进行测试,对比分析成像结果和计算效率。结果表明,该方法在提高成像精度的同时不降低计算效率。

基于激光干涉仪同步测量的动态校准装置

为满足时变几何量的瞬时动态测试需求,研制了一种基于激光干涉仪同步测量的动态校准装置。该装置采用直线运动导轨和运动发生器、长度标准器激光干涉仪,以基于GNSS驯服时钟的同步触发器实现同步测量并确保时间准确稳定,并使用动态校准软件实现控制一体化。经综合分析激光干涉仪的最大允许误差、直线运动导轨的直线度、环境因素、触发信号间时延及激光干涉仪测量时延等因素,该装置的长度示值的测量不确定度为Q[1.8μm,3×10^(-7)L](k=2)。与同型号激光干涉仪的比对实验和激光跟踪仪瞬时长度测试实验,证明了不确定度评定的合理性以及该装置在瞬时动态准确度测试中的可行性。

基于矢量衍射理论的光栅干涉仪位移测量误差研究

光栅干涉仪位移测量系统作为测量领域中最精密的测量仪器之一,由于在测量过程中光栅的姿态位置无法保证完美装配,使得光栅的光栅矢量方向与运动矢量方向之间出现偏差,导致位移测量结果出现周期性非线性误差。文中针对在光栅干涉仪位移测量过程中出现的光栅与位移台以及读数头之间的姿态位置误差进行分析,通过分别建立位移坐标系及光栅坐标系,参考惯性导航领域中飞行器姿态表示方法,利用一维光栅的横滚、俯仰和偏航角共同描述一维光栅相对于位移台的装配状态。通过基于矢量衍射理论分析光栅干涉仪位移测量时三个维度的角度偏差量,对可能产生的位移测量误差进行了分析说明。基于广义一维光栅方程,探究出了一个更为普遍的结论,为后续装置的改进提供理论依据,以提高系统的测量精度。

基于激光自混合干涉的磁场测量方法研究

针对光纤磁流体磁场传感器易受环境干扰及磁流体薄膜制作工艺复杂的问题,激光自混合干涉具有抗干扰能力强、稳定性好的特点,提出一种基于空间光的水平偏振激光自混合干涉的磁场测量方法,在外部磁场的作用下,水平偏振自混合干涉信号幅值发生变化,在一定范围内,磁场与信号幅值变化成正比,通过用施加磁场前后信号幅值的均值比与磁场的变化关系实现对磁场的传感检测。经过实验验证,信号的幅值在1%浓度的磁流体中衰减明显,薄膜厚度为0.5 mm,减小了薄膜的制作难度。在实验结果中对5.02 mt到19.112 mt磁场强度范围内的均值比进行线性拟合,相对误差最小为0.17%。

GNSS线极化天线干涉信号反演土壤湿度算法测试

利用全球导航卫星系统干涉信号(GNSS-IR)测量土壤湿度已成为热门的研究课题。搭载低成本线性极化天线的智能手机可以方便快捷采集干涉信号信噪比(SNR)。分别仿真垂直和水平线性极化天线采集的GNSS干涉信号,给出2种极化方式下干涉信号SNR波形和反射率随卫星高度角变化的结果。对于垂直极化分量,电磁波会在入射角65°~85°左右时发生全透射,导致干涉信号振荡效果消失,而水平极化不存在该现象。同时,分别仿真右旋圆极化(RHCP)直射和左旋圆极化(LHCP)反射天线采集的GNSS信号,并计算直反射信号的幅值比。在仿真基础上分别利用不同极化天线进行实验,结果表明:采用线性极化天线采集的GNSS干涉信号振荡效果几乎不受卫星高度角的限制,可以为土壤湿度反演提供更多的有效数据,并且反演得到的土壤湿度与同位数据具有良好的一致性,两者的相关性达到0.95。使用搭载圆极化天线的双通道接收机采集北斗系统卫星数据进行对比,相关性达到0.91。对于不同的设备,智能手机采集的GNSS数据占用空间相对比于双通道接收机降低1%,且反演结果相关性接近,由于干涉信号提取直反射信号需要一定的振荡周期,故反演结果的时间分辨率要低于双通道接收机。

改进YOLOv5s的采煤机滚筒与支架护帮板干涉状态智能识别

针对综采工作面液压支架护帮板处于未收回异常状态导致采煤机滚筒与护帮板干涉问题,提出一种改进YOLOv5s的采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉状态智能识别方法。运用课题组前期提出的基于边界约束和非线性上下文正则化的去雾去尘方法对视频图像进行清晰化处理,提高综采工作面监控视频图像质量;对YOLOv5s模型进行改进,通过将YOLOv5s主干网络中的普通卷积Conv替换为分类效果更佳的Ghost卷积,减少了模型的参数数量,提高了模型识别速度,同时引入坐标注意力机制,提高了模型对护帮板和滚筒特征提取能力,从而提高模型识别精确率。运用软非极大值抑制算法(Soft-NMS)的锚框筛选方法,减少因护帮板重叠而发生漏检问题。针对采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉状态判定问题,提出液压支架护帮板与采煤机滚筒锚框重合度的判定方法。运用本文改进YOLOv5s模型与YOLOv5s、YOLOv3-tiny模型进行对比分析,结果表明:本文方法与原模型相比的识别精确率提高了约8.1%,GFLOPs降低1.86倍;mAP@.5达到97.2%、平均识别速度为检测时间为5.9 ms。运用本文方法对煤矿实际综采工作面采煤机滚筒与液压支架护帮板视频图像进行干涉状态识别试验验证,结果表明:对采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉状态识别准确率为96%。

超声波干涉及可视化实验装置研制

为了丰富大学物理声学实验内容,研制了一种多功能超声波干涉实验装置。基于空气介质设计了双振子干涉声速测量实验和半波损失验证实验。分别采用干涉声场测量法和干涉条纹移动法进行声速测量实验,并利用示波器实现了干涉声场声压分布的可视化。分别以有机玻璃、橡胶和玻璃为反射面材料,利用干涉法验证掠入射条件下的半波损失现象,并估算出掠入射角的范围。该实验装置实验现象明显、可操作性强,获评北京市第十六届大学生物理实验竞赛一等奖。

改进的迈克尔逊干涉仪测量钠黄光双线波长差

在迈克尔逊干涉仪实验教学及科学研究过程中发现齿轮经常脱扣的现象,这对测量结果产生了严重影响。本文中,我们将传统的齿轮咬合式迈克尔逊干涉仪改进为杠杆式迈克尔逊干涉仪,有助于避免齿轮咬合式迈克尔逊干涉仪中多个齿轮间容易脱扣的现象。利用钠光灯照射杠杆式迈克尔逊干涉仪,观察到了明显的光拍干涉图样,测量了钠黄光双线波长差。钠黄光双线波长差的测量结果为0.5953±0.0054(nm)。本文的研究有助于提升迈克尔逊干涉仪装置的测量稳定性,实现在光谱定标、光学传感、生化检测等领域的长期稳定使用;有助于提升学生发现问题、解决问题的能力;以及有助于学生提升将不同科目知识相结合的能力。

基于几何光学理论的点光源非定域干涉测角分析

目的:点光源非定域干涉的微小角度测量方法因具有非接触、灵敏度高、精确度高等优势而备受重视。为了解决现有原理分析理论的如下不足:1)在阐述平晶两个表面形成一对虚拟点光源的机理方面比较抽象;2)且难以普遍适用于多面型测量装置。方法:以平晶楔角的测量为例,基于几何光学理论,推导了干涉同心圆环的圆心侧移量与楔角之间的关系式,通过可视化研究了所推导关系式与文献关系式之间的差异。结果:除零点外,相同的圆心侧移量情况下,所推导关系式给出的楔角值会小于文献关系式给出的楔角值,即10 mm圆心偏移量对应的楔角偏差为0.027″,1 mm圆心偏移量对应的楔角偏差为0.003″。结论:基于几何光学理论的分析方法不仅能分析平晶独体元器件楔角测量的原理,而且还能分析多面型变体结构测角原理,既能够定量分析圆心侧移量与楔角之间的关系,又能实现干涉同心圆环的仿真,丰富了点光源非定域干涉测角技术。

战略工具与制华手段:美国干涉新疆事务80年(1943—2023年)

对美国而言,操弄和挑拨中国境内的分裂主义是一种成本最低、收益最大的行为。自1943年到2023年,美国对新疆事务的介入和干涉已有80年。美国对新疆的政策选择从属于国际格局及对华战略。在二战后到冷战发端时期,新疆迅速成为美苏地缘政治争夺乃至冷战对抗的前沿。随着国共内战形势的剧变,美国甚至图谋把新疆打造为“区域反共政权”的阵地。在冷战结束前后,经过40余年的蛰伏,美国以人权框架和理论框架重拾和重构了涉疆问题,并将其作为对华牵制打压的棋子。自2017年以来,随着后冷战时代国际格局的转型特别是中美间权力的消长,美国不断加大对新疆事务的干涉和炒作力度,试图达到“以疆制华”之目的。纵观美国80年来对新疆事务的干涉,有两点是不变的:一是美国始终将操弄新疆分裂主义及干涉新疆事务,作为实现自身利益的工具;二是美国的涉疆政策始终以意识形态为透镜,带有鲜明的“反共”色彩。

杨氏干涉实验中双孔的振动对衬比度的影响

研究了杨氏干涉实验中双孔的振动对衬比度的影响.利用复振幅叠加方法给出了当两个孔做振动方向相反的简谐振动时一对双孔对任一场点、任意时刻的光强表达式,进而给出双孔做简谐振动时双孔的分布函数.利用分布函数得到干涉场的稳态分布,由光场的稳态分布得到衬比度,发现衬比度随位置呈一个振幅衰减的拉比振荡形式.

高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测方法

为了实现应用于高能激光等领域对表面洁净度有着极高要求的超光滑非球面检测,排除检测人员带来的洁净度与空气扰动的影响,研究了高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测方法。通过建立补偿干涉法非球面失调量与波前像差之间的灵敏度矩阵,实现利用波前像差求解被测非球面失调量。以理想干涉系统的离焦、彗差与像散为优化目标,进行反馈控制,实现被测非球面的自动化调整,进而实现高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。实验结果表明,在干涉图可测范围内,利用灵敏度矩阵通过几步迭代即可实现非球面失调量的收敛。结合Stewart六自由度调整台,分别实现2μm精度的平移误差调整、2"精度的光轴自动化对准,最终完成被测非球面的精密调整,实现高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。采用灵敏度矩阵与六自由度调整的非球面自动化干涉检测方法可实现被测非球面失调量的快速求解与自动调整,降低人员和环境带来的扰动影响,提高了非球面的检测速度,并实现了高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。

串列三圆柱流固耦合响应的尾流干涉与动态演变特性研究

基于有限体积法应用开源OpenFOAM软件对串列三圆柱的涡激振动响应进行了数值模拟研究,分析了雷诺数Re=150、间距比介于2~6的串列三圆柱在约化速度2~16范围内的流固耦合动态响应特性.研究观察到:当间距比为2时,上游圆柱振动锁定的区域明显变宽,并且在锁定区域内振幅明显高于大间距工况,表明小间距布置时,下游圆柱的存在对上游圆柱振动起增强作用.由于尾流诱导的作用,中间圆柱和下游圆柱振幅的最大值高于上游圆柱.串列三圆柱的尾流干涉模式存在拓展体模式、持续再附着模式、交替再附着模式、拟同脱落模式和同脱落模式5种,并且由于圆柱振动过程中振幅的动态变化,尾流干涉模式出现不稳定切换.在间距比为2,约化速度为7时观察到振动存在“拍”现象,在间距比为6,约化速度为4时观察到多频参与振动的大周期现象,两种现象发生时都会引起柱体升力和振幅的波动.当中间圆柱和下游圆柱的尾流干涉处于拟同脱落模式时,尾迹中的双排涡合并形成二次涡街,而双排涡的融合发生在同侧相邻的两个旋涡或3个旋涡之间,与圆柱的间距比相关.

美国全球干涉主义政策与军工复合体的扩张

全球干涉主义是美国长期外交实践的产物,是涉外群体普遍接受的共有观念,也是决策者采取行动的重要依据。美国的干涉主义传统有两种基本形式,一种是服务于实力地位的“莽骑兵”传统,一种是推广美国价值观的“传教士”传统。20世纪以来特别是二战后,美国全面推行干涉主义外交,造就了坚不可摧的利益原则和外交信条。在推行干涉主义和黩武主义政策的过程中,美国形成了势力庞大的军工复合体。这些体制机制在冷战后不仅没有消失,反而变本加厉、不断扩张,促使美国政府频繁进行对外干涉。

云课堂辅助教学模式探索——以牛顿环干涉实验为例

牛顿环干涉实验原理复杂,步骤烦琐,传统教学模式难以达到预期效果。通过对该实验引入云课堂辅助教学模式,丰富学生的学习手段,拓展学生的学习空间,激发学生的学习兴趣。学生可以随时随地利用“装在口袋里的实验室”围绕特定的知识点进行交流学习,有效解决传统实验教学模式中教法单一、只能被动接受的问题,极大提高学习积极性,从根本上培养自己的自主学习能力和创新思维。

用光干涉和衍射装置替换光杠杆的杨氏模量测量方法

本文利用光的干涉原理和单缝衍射原理设计杨氏模量实验仪,根据光的干涉和衍射条纹的变化规律测量金属丝受拉力作用下的微小长度变化量,进而实现金属丝杨氏模量的高精度测量.为了满足光的干涉实验条件,采用气动拉力调节装置代替砝码,解决了仪器的晃动问题,并实现了拉力改变的无级调节和电子秤拉力直读,把传统的测量杨氏模量实验由一个单纯的力学实验变成了一个力学与光学相结合的综合性实验,丰富了实验内容,拓宽了学生的视野,提高了学生分析问题和解决问题的综合能力.

基于LabVIEW的迈克耳孙干涉仪虚拟仿真平台

本文基于LabVIEW软件开发了一个迈克耳孙干涉实验的虚拟仿真平台,可以对真实的迈克耳孙干涉实验进行模拟仿真,并允许用户进行参数调整以实时可视化仿真结果.同时,为验证虚拟仿真实验平台的准确性,分别在真实的迈克耳孙干涉仪和虚拟仿真平台上完成测量光波波长实验,对二者实验结果进行对比分析.此外,还可采用该平台模拟探究光波波长、光波强度、空气薄膜厚度等因素与干涉条纹分布和光强分布的关系.在迈克耳孙干涉实验教学中,可以直接用该平台进行教学演示,并展示出不同条件下条纹分布的情况和光强分布的特点.该平台实现了实验与理论相结合,帮助学生学习基本光学仪器的使用方法,掌握光学实验操作规程,进而达到了提升教学效果的目标.