基于相关和最小二乘原理的光栅栅距动态测量

栅距是光栅位移精密测量的基准,测出栅距值是进一步提高位移测量精度的关键。根据光栅莫尔条纹的动态特性,提出在光栅传感器运动过程中将栅距量转换为时间量测量的新方法。首先基于相关原理测量莫尔条纹信号经过两个距离固定的光电转换器的时间延迟来获得传感器的运行速度,时延估计采用了小波自适应算法;其次基于最小二乘原理确定莫尔条纹信号的相邻两个最小值来获得光栅栅距所对应的时间;最后由运行速度与栅距所对应时间的乘积确定栅距值。实验结果表明对于20μm栅距的光栅传感器测量误差小于0.08μm,验证了方法的可行性。

基于增量式光电编码器细分的自适应滤波技术研究

利用光栅副调制原理，在建立了光栅副调制几何光学模型与物理光学模型的基础上，提出了一种针对增量式编码器细分的自适应滤波方法。分析莫尔条纹光电信号输出波形不确定的原因，通过自适应滤波方法将高频信号滤除保留基频信号。自适应滤波效果等价于一个中心频率为基频的窄带带通滤波器，当基频随机变化时其通带也会随之改变。实验证明采用这种自适应滤波技术可以较好地滤除计数信号中除基频外所有高频分量，使莫尔条纹光电信号输出波形趋近于标准正弦波，将信号失真量减小了约7／8。

狭缝光电池的光栅角度检测方法

提出了一种新颖的单光栅增量式角度检测方法。该方法采用狭缝光电池阵列按照一定的逻辑相位组合取代光栅副中的定光栅,通过码盘与狭缝光电池阵列相互配合完成计数操作。这样既回避了狭缝与码盘的间隙问题,又降低了增量式光电编码器对抖动的敏感程度和其相关零件的精度要求,进而提高了莫尔条纹对比度,增强了细分精度,最终增强了其计量精度和计量的稳定性。采用狭缝光电池阵列可以实现在工业级大间隙的高对比度、高计量精度的角度检测,并且可从整体上较大地提高光电编码器的系统鲁棒性。

单个弹丸撞击316L不锈钢引起的变形场

运用金属材料表面纳米化试验机对单个弹丸撞击316L不锈钢表面进行了撞击实验;采用激光共聚焦显微镜观察了弹坑的三维形貌,测量不同振动频率下弹坑的直径及离面位移;采用云纹干涉法对弹坑周围的面内应变场进行测量,并分析振动频率及撞击方式对弹坑尺寸、塑性应变大小以及塑性应变区范围的影响;采用有限元方法对单个弹丸垂直撞击试件表面的应变场进行数值模拟,与实验结果进行比较,分析了弹坑周围残余应力的分布。结果表明:随振动频率的增加,弹坑直径和离面位移都增加,频率在50~55 Hz,弹坑直径有突变,离面位移和振动频率呈线性关系;振动频率越大,塑性应变越大,塑性应变分布范围均大于弹坑直径的2倍;同一振动频率下弹丸垂直撞击比倾斜撞击的塑性应变大,而塑性应变分布范围相差不大;面内残余应变场的数值模拟结果和实验结果吻合较好,最大误差小于10%。

基于新型光栅传感器的微位移测量

实验将新型光栅传感器应用于微位移测量之中。通过比较线(角)位移与莫尔条纹移动个数之间的关系,实验发现,在微位移测量中光栅传感器具有极好的线性度(R2≥0.999)和精确度(误差≤2.0%)。实验验证了光栅传感器在微位移测量中可行性和可靠性。

裸眼3D液晶屏的装配技术方案

讨论了裸眼立体显示器的光学结构及动态装配方法。给液晶面板加交变的驱动电压、列像素与差分照明板形成一对光栅副,根据产生的干涉莫尔条纹,精准地调整光栅副间的夹角,完成了3D屏的安装;并对安装效果进行测试和分析,证明动态法装配的裸眼3D屏能准确地保证独立视区的形成,立体显示效果明显;应用动态装配法,降低了3D屏安装的复杂性,提高了装配精度和效率。

图像处理在MDT测量镜片屈光度中的应用

从莫尔偏折技术(MDT)测量镜片屈光度的原理出发,给出了镜片屈光度与莫尔条纹倾角的关系式。进行了实验采集,获取了MDT实测镜片屈光度的莫尔条纹图。然后,基于莫尔条纹图像的特点,采用合适的图像处理算法对实测镜片的莫尔条纹图进行了灰度均匀化、降噪、图像增强、细化等一系列的数字图像处理操作,得到了镜片测量中莫尔条纹图形的清晰轮廓线。最后,给出了不同镜片屈光度的MDT测量结果,并与焦度计的测量结果进行了比较。结果表明,莫尔偏折技术结合数字图像处理用于测量镜片的屈光度时,具有很高的测量精度。

莫尔条纹动态细分误差的傅里叶分析评估方法

为了实现对高精度光电编码器莫尔条纹动态细分误差的评估,研究了莫尔条纹动态细分误差的傅里叶分析评估方法。首先采集光电编码器精码的莫尔条纹光电信号送入计算机;然后运用线性插值、泰勒级数等方法将时间信号还原为位置信号;最后对位置信号进行傅里叶变换,计算出莫尔条纹光电信号的波形参数,实现对光电编码器动态细分误差的评估。实验结果表明:对某24位光电编码器动态细分误差进行评估,细分误差的峰值为+0.54和0.18。此方法测量速度快,测量精度高,适合在光电编码器应用现场对细分误差进行评估。

Experimental analysis of crack tip fields in rubber materials under large deformation

A three-nested-deformation model is proposed to describe crack-tip fields in rubber-like materials with large deformation. The model is inspired by the distribution of the measured in-plane and out-of-plane deformation. The in- plane displacement of crack-tip fields under both Mode 1 and mixed-mode （Mode I-II） fracture conditions is measured by using the digital Moir6 method. The deformation character- istics and experimental sector division mode are investigated by comparing the measured displacement fields under differ- ent fracture modes. The out-of-plane displacement field near the crack tip is measured using the three-dimensional digital speckle correlation method.

光通信终端中编码器信号正弦性的EMD修正

为了抑制编码器莫尔条纹正弦性偏差引入的细分误差,保证光通信终端的捕获、对准、跟踪(APT)精度,设计了基于经验模态分解(EMD)的正弦性修正方法。首先,分析了莫尔条纹正弦偏差给系统带来的细分误差并给出满足工程需求的正弦性阈值。然后,在阐述了EMD分解原理的基础上,给出了基于EMD的正弦性修正方法,该方法利用编码器自身粗码信息计算转速,从而确定精码莫尔条纹信号的基波频率值,并采用EMD分解在原始信号中提取与该值相匹配的模态分量。最后,对该方法进行了原理和转速自适应性仿真,并应用在去掉光学滤波光阑后的粗瞄回路编码器中。仿真及实验结果表明:各种转速下,修正后的莫尔条纹正弦性均<0.85%,满足细分要求;修正后精码译码结果光滑,编码器测角精度维持在1"以内,满足终端对准精度要求。

球形压痕的残余变形分析(英文)

球形压痕技术在材料力学属性,诸如硬度,弹性模量等的测量中得到了广泛的应用。应用Twyman-Green及云纹干涉法并配合相移技术,本文对IN783合金进行了一系列的球形压痕实验研究,并对残余压痕的面内(u, v)及离面( w)变形场进行了定量测量和分析。应用面内变形测量结果,进一步对试件表面的应力-应变分布进行了分析和计算,并在离面变形场的基础上,确立了压痕周围的弹塑性边界,从而进一步应用面内的分析结果,得到材料的屈服强度。应用压痕实验的接触半径和压力并配合Tabor经验公式,本文进一步得到了材料的应力应变曲线。实验结果与已知的IN783合金相吻合。对所涉及的一系列压痕实验,本文也进行了二维有限元分析并得到了比较一致的结果。

LED显示屏摩尔纹的消除方法

LED显示屏用于电视演播室时,有时会对摄像画面产生摩尔纹干扰。本文介绍摩尔纹的成因和解决方法,重点介绍通过在LED显示屏的表面加装光学处理幕,改变LED显示屏的表面物理结构,减轻或消除摩尔纹的方法。

基于CCD视频采集的计量光栅技术

介绍了一种基于CCD的计量光栅技术,建立了微距测量系统.系统由CCD摄像头采集双光栅干涉产生的莫尔条纹信号,采用视频采集卡对CCD摄像头输出的标准模拟视频信号进行A/D转换,并通过PCI接口传输到计算机,最后由计算机编写VC++上位机程序实现条纹的接收、显示和软件自动计数,并通过软件细分技术提高测量精度.经实验验证,该系统结构简单、运行稳健可靠.

基于叠栅信号的超精密定位特性研究

介绍了一种采用叠栅信号实现超精密定位的定位方法,首先建立了衍射叠栅信号和相对位移关系的数学模型,并在MATLAB仿真软件的辅助下完成了对其定位特性的研究.探讨了光栅倾斜对定位精度的影响,倾斜角越大,定位点的偏移越大,为确保高的定位精度,光栅的倾斜角度必须控制在一定范围之内.研究发现激光束束径和莫尔信号之间存在一定关系,当激光束直径为光栅常数的11倍及以上时,激光莫尔信号几乎不受外界干扰的影响,此时能够达到更高的定位精度.同时,分析了不同光栅常数对定位精度、定位行程的影响,并进而提出了粗光栅与细光栅相结合的两段式复合定位技术,可使定位装置在较大的行程范围内实现高精度定位.实验表明,采用衍射叠栅信号的超精密定位可获得±10 nm的定位精度.

一种基于光纤光栅的毫米波副载波光纤通信方案

提出了一种采用光纤光栅滤波器获得具有一定间隔双波长成分的光脉冲光谱实现毫米波副载波光信号产生的方法。利用逆工程算法,设计了一种变迹叠栅(Moiré)光纤光栅滤波器,给出了相应的模拟结果;并在实验上初步制作了相应的光纤光栅滤波器,验证其可行性。同时基于所设计的光纤光栅和波分复用技术,提出了一种频移键控光纤无线通信系统Radio Over Fiber系统,为下一代的高速大容量的光纤无线通信系统系统提供一种可行的备选解决方案。

仿生皮肤软材料大变形场的数字云纹实验

软物质等大变形材料是近年来力学与材料科学关注的热点问题,与之相关的实验研究也引起格外关注。本文将数字云纹实验技术应用于大变形材料力学实验,研究了软材料大变形场的实验测量与表征技术;以仿生皮肤材料缝线力学的应用为例进行实验分析,通过坐标变换给出集中力作用下的大变形材料径向变形场ur和环向变形场uθ的全场分布,并研究了缝线针口附近区域的变形场分布。分析结果表明,大变形材料的变形场存在明显的扇区变形特征。本文还进一步讨论了两种不同缝合方式下针口周边区域的力学变形特征,并初步分析了不同缝合方式对切口愈合产生的影响。

基于莫尔信号的精密位移测量与控制的研究

应用光衍射理论分析了一种纳米级位移分辨率的双级衍射光栅测量系统,建立了衍射莫尔信号与对应位移的数学模型,并通过计算机仿真对莫尔信号的位移特性进行了研究。在此基础上构建了一套精密位移测量与控制装置,取差动零次激光莫尔信号为控制信号,由微机控制实现高精度位移检测及全自动精密定位。实验结果表明,基于激光莫尔信号的精密检测与控制装置可获得得5nm的位移分辨率及±0.4μm的定位精度。

基于正则化主量分析的相移阴影叠栅解调技术

传统的相移阴影叠栅轮廓术在垂直于光栅面方向移动光栅实现相移,由于相移是非线性的,需要较多帧的条纹图进行相位解调。为了减少条纹图帧数,节约测量时间,并简化测量过程,提出一种基于主量分析法的三帧随机相移阴影叠栅技术。主量分析法通过时域平均去除背景,对较少帧的条纹图直接使用主量分析法会产生直流分量去除误差,因而先将条纹图正则化,再应用主量分析法求取相位。实验表明,相对于直接使用主量分析法,利用正则化主量分析法可以明显减小测量误差。分别使用正则化主量分析法和五步相移法对同一物体表面进行测量,两次测量结果之差在±5μm内,说明了正则化主量分析法的有效性。

一种基于投影云纹法的三维形貌测量技术及其标定方法

投影云纹法测量物体的三维形貌具有非接触式、快速、全场测量的优势，且计算结果的分辨率和精度都很高。本文提出了一种新的投影云纹系统测量三维形貌的计算和标定方法，这种方法适用于由投影仪直接投影栅线的投影云纹系统，对光路没有特殊相对位置要求，标定过程对设备的要求低，简单易行，仅需一大一小两块平整的标定板即可实现对整个系统的标定。其可行性、正确性以及高精度的特点都被真实物体测量证实。