基于十字中心定位算法的MEMS真空封装光学检漏方法

典型的光学检漏方法需要对整幅干涉图甚至多幅干涉图进行图像处理,过程相对复杂。本文结合MEMS器件封装结构的对称特性以及变形分布特征,提出了一种简单、快捷的十字中心定位算法。通过确定干涉图案中心点坐标,获取中心线光强分布,进而拟合得到样品中心线形貌。进一步利用封装结构中心点随真空度变化的相对位移,计算得到漏气率。本文以圆形封装结构为例,证明了该方法的可行性。

一种长巷道形变监测中轴线提取及断面构建方法

三维激光扫描技术被广泛用于长巷道形变监测技术的研究中,但目前的研究存在多次扫描采集到的点云数据基准点移位现象;采集到的相邻点云数据公共特征不明显,多站点云拼接后会导致累计误差增大;超前巷道形变受超前支架的影响。针对上述问题,以传统十字点法中顶底板中点与两帮重点交叉的方法为基础,提出了一种基于最小二乘法的巷道中轴线提取方法。巷道定义的直角坐标系的原点位于激光束发射处,z轴位于激光扫描器的竖向扫描面内;x、y轴均位于仪器的横向扫描面内,中轴线反映了巷道整体的走向和姿态。在巷道掘进完成未受采动影响时,整条巷道进行第一遍扫描,通过最小二乘法确定整条巷道的中心点,将各中心点连接并拟合出一条完整的中轴线。在后续的巷道变形监测中,每监测一次均通过第一次的中点位置进行点云数据叠加,准确获得巷道断面内各个点云的变化情况,进而获得巷道的形变。基于拟合的中轴线构建巷道断面。采用三维激光扫描系统在塔山煤矿30507工作面回风巷对巷道形变进行了测试,结果表明:①巷道形变随着测点距工作面距离的增大而变小,且30507工作面回风巷的超前影响范围为150 m,巷道形变的最大点位于底板临近采空区一侧。②三维激光扫描和微震监测系统确定的超前范围接近,说明在进入150 m时支护煤体已经开始受力,且巷道形变的最大点位于底板临近采空区一侧,而不是十字点观测法观测的底板,证明三维激光扫描结果更为精确,且极大地降低了作业强度。

煤矿气体检测设备交叉干扰及评判方法研究

目前煤矿井下气体检测设备常因交叉干扰造成误报警甚至不报警,存在安全隐患,且现行国家或行业标准并未对气体交叉干扰提出明确的评判方法。针对上述问题,结合煤矿井下实际的环境气体类型和体积分数阈值情况,采用理论分析和试验验证相结合的方法研究了基于催化燃烧、激光和电化学3种常用原理的气体检测设备的交叉干扰机理和交叉干扰特性,设计并进行了交叉干扰试验。结合现行标准中气体检测设备误差试验通用方法,提出了基于煤矿井下特殊气体环境的气体检测设备交叉干扰评判方法:采用试验方法对气体检测设备交叉干扰特性进行评估,通入交叉干扰气样,计算气体检测设备的交叉干扰值,并与设备最高精度比较,从而判断非目标气体是否对气体检测设备造成交叉干扰影响。试验结果表明:气体检测设备交叉干扰影响普遍存在,在煤矿井下特定气体环境条件下,基于催化燃烧原理的甲烷检测设备易受硫化物和氢气干扰,应避免长时间在含有硫化氢或二氧化硫的气体环境中使用,以免造成催化剂中毒或抑制,影响测量精度;基于激光原理的甲烷和乙炔检测设备基本不受煤矿井下常见气体干扰,可以不进行交叉干扰试验,基于激光原理的乙烯检测设备易受甲烷气体的影响,经交叉干扰评判合格的,可以在甲烷环境中使用,不合格的应明确产品不能在含有甲烷的环境中使用;基于电化学原理的气体检测设备的交叉干扰特性具有不确定性,需经交叉干扰评判后,明确其可以和不可以使用的交叉干扰气体环境。

机器人工具坐标系自动校准

为了实现工业现场中对机器人工具坐标系进行快速高效地校准,同时提升坐标系的校准精度,提出了一种机器人工具坐标系快速校准方法,搭建了校准系统和实验平台。对校准系统的校准测量速度和精度进行了测量和研究。该校准方法使机器人按照预定圆周和直线的轨迹进行运动,运动时统计该系统在光电传感器中出现的时刻,得到工具坐标系偏斜的位置。本文分析了光电传感器由于装配工艺的原因无法形成直角坐标系而引起的误差,同时根据坐标系转换原理,对此项误差进行分析。最后实验结果表明:机器人工具坐标系的校准精度为±0.5mm,恢复时间为15s。该结果满足汽车生产线对于精度和效率的要求,能够快速有效地对机器人工具坐标系进行校准。

激光标线仪校准方法研究

激光标线仪可以输出相互垂直的水平激光线和铅垂激光线,被广泛应用于建筑工程和装修装饰施工中,然而仪器的误差会直接影响工程质量。通过对输出激光线水平度、倾斜度和直线度等多项误差来源进行理论分析,研究并设计了针对各项误差的校准方法。

激光打孔陶瓷微裂纹现象理论研究

采用倾斜回转法进行激光陶瓷打孔,并对打孔后的缺陷试件的断口形貌进行分析,同时对打孔过程中出现的陶瓷材料产生微裂纹的现象进行了初步的理论研究。

皮秒激光透射率法表征高分子薄膜双光子吸收截面

为了有效地测量有机薄膜的双光子吸收截面,针对较薄有机薄膜(约60μm)和有限激发光源功率,提出了基于非线性透过率测量法的皮秒激光脉冲激发等效多层膜非线性透过率法来实现双光子吸收截面的测量。首先在PC材料基板上旋涂偶氮染料薄膜,将带有偶氮薄膜的PC基板剪切成小块(20 mm×20 mm),并将5块叠加起来作为测量样品,然后采用LD泵浦的Nd∶YVO4皮秒锁模激光器(脉冲宽度为20 ps、重复频率为56.8 MHz、输出波长为1 064 nm)激发样品。在实验中,通过测量样品的非线性透过率,拟合偶氮样品的透过率曲线,最终得到了双光子吸收截面(634.2 GM)。与其他测量方法相比,此方法简单、有效。

Cs(6D_(5/2))+H_2→CsH[X^1∑^+(v,J)]+H转动分辨总截面的测量

利用泵浦-检测方法,在样品池条件下,研究了Cs(6D_(5/2))与H_2反应碰撞传能过程.利用激光感应荧光(LIF)光谱技术,确定了CsH[X^1∑^+(v,J)]振转能级上的布居分布,转动态分布与热统计分布基本一致.Cs激发态原子密度由激光能量吸收得到.记录A^1∑^+(υ’,J+1)→X^1∑^+(υ,J)的时间分辨荧光,从荧光强度的对数值给出的直线斜率确定(υ’,J+1)→(υ,J)的自然辐射率,结合(υ,J)→(υ’,J+1)吸收系数的测量,得到反应生成物CsH[X^1∑^+(υ,J)]态的分子密度.由速率方程分析,给出反应截面σ(υ,J),对J求和,得到σ(υ)[10^(-16)cm^2单位]分别为(0.64±0.19)(υ=0)和(0.58±0.17)(υ=1).

覆盖多种材料的复杂目标LRCS计算

提出了计算覆盖多种材料复杂目标的激光雷达散射截面的可视化方法.使用颜色标签建立含材料信息的目标模型,通过颜色标签成像计算目标的单站激光雷达散射截面,附加双向遮挡成像计算目标的双站激光雷达散射截面.讨论了目标覆盖不同材料及用蒙特卡罗方法模拟表面涂漆脱落情况下的激光雷达散射截面的差异.结果表明,计算方法直观、快速,具有实际应用价值.

抽运光分布对圆截面激光晶体热变形的影响

为了简化激光晶体中热变形量的求解过程,分析抽运光分布对激光晶体热变形的影响,采用圆截面激光晶体热变形量的简便计算方法,并取抽运光束为超高斯光束,通过理论推导和数值计算,研究了抽运光强度分布对圆截面激光晶体热变形的影响。结果表明,晶体端面热变形量与半径为3次多项式关系,当抽运光阶次大于2时,随着阶次的增大,晶体端面的热变形量逐步减小。这一结果对全固态激光器的设计有一定帮助。

矿井巷道表面位移激光测量装置研究

针对现有矿井巷道表面位移测量采用的十字交叉测量方法存在测量不便、耗时长、工作强度大、误差不可控等问题,设计了一种矿井巷道表面位移激光测量装置。该装置基于激光测距原理,利用激光测距仪完成十字定心和变形测量,通过单个激光测距仪可分别测得巷道中每个测试站顶板、底板、左帮和右帮4个方向的表面位移量。井下试验结果表明,该装置实现了无绳测量,测量效率高,结果准确,精度达到了1mm,满足矿井使用要求。

可调谐半导体激光吸收光谱技术光信号相关法氨气浓度流速同时测量

利用可调谐半导体激光吸收光谱技术结合光信号相关技术可以实现气体浓度和流速的同时在线测量。文章首先介绍了气体浓度与流速测量的基本原理,然后对在近红外通讯波段附近的NH3吸收谱线进行分析,并从中选取适合测量的目标谱线,并进行了相应的计算分析。在常温常压下内径为0.016m长度为1m的管道内,利用流量计配制出不同浓度以及不同流速的NH3和N2混合气体进行相关的试验。利用线宽为15MHz,可连续调谐范围为1cm-1的激光二极管对位于6548.7cm-1处的NH3吸收谱线进行快速扫描,采用直接吸收计算的方法测量得到实时气体吸收信号并计算出气体浓度。同时利用非介入式的光信号相关法,通过布置在管道上下游两个探测器探测到的NH3浓度信号间的相关性,计算得到NH3气体从上游到下游的渡越时间,进而计算出气体流速。计算得到的NH3气体浓度值和流速值与流量计标定值之间相比,其相对误差分别在7%和10%之内。测量系统响应迅速,抗干扰能力强,测量结果重复性好,适用于恶劣的现场测量环境,具有很广的工业应用前景。

复合地基离心模型试验变形测试

为研究高重力场下离心模型变形过程变形相关问题,本文探讨了离心加速阶段至静置阶段的变形特征。对激光测距法及断面变形测法进行了分析与改进,并提出了一种基于鱼眼图像处理的断面变形实用分析方法。试验表明:忽略离心试验过程支架变形的激光测距法沉降测值偏小;以多项式函数可表征加、减速过程模型地基的弹性变形,离心加速阶段复合地基产生了90%的沉降量,且系统弹性变形和塑性变形占比均等;离心模型试验中边界效应表现显著,靠近边界的沉降量偏小。该研究为土工离心模型试验变形机理及测试方法改进提供了参考。

紫外飞秒激光的脉宽测量方法

相对于近红外波段的飞秒激光脉冲,紫外波段的飞秒脉冲由于具有单光子能量高、聚焦特性好、电离率高和成丝阈值低等优点,在高功率密度光场的产生、等离子体光物理等领域有着越来越广阔的应用前景,成为激光技术的研究热点。随着紫外飞秒激光技术的发展,传统的脉宽测量方法不能满足需求。指出了紫外飞秒激光脉宽测量研究的主要进展,讨论了目前可用于紫外飞秒激光脉宽的测量方法,主要有双光子荧光测量法、互相关法、简并四波混频法、多光子电离法,介绍了相关测量原理与特点。在此基础上,对紫外飞秒激光脉宽测量技术研究前景进行了展望。

传递函数快速相关法的激光测速技术研究

激光技术测量是实现传送带、热轧钢板等运动物体测速的主要手段,为了改善测量精度和响应速度,提出系统传递相关分析测速技术。采用计算发射端和接收端之间两路信号的系统传递函数进行相关性分析的方法,进行了理论验证和实验分析,得到了相对误差小于0.1%的实验结果。结果表明,利用系统传递函数相关分析构建激光测速系统,代替解调电路,简化信号调理电路,可降低电路部分引起的不确定度;互功率谱函数法实现快速相关分析和频域求得系统传递函数,可提高系统响应速度;合理设置发射端间距,取样积分提高测量信噪比,降低环境引起的不确定度,测量不确定度小于0.2%。该研究对传送带速率的实时测量有一定指导意义。

基于偏振激光共聚焦的研磨石英玻璃亚表面损伤检测

石英玻璃在研磨过程中会不可避免地产生亚表面损伤,对石英玻璃亚表面损伤的检测一直是石英玻璃加工工艺优化中的热点。本文结合偏振激光散射法及激光散射共聚焦法,提出了基于偏振激光共聚焦的研磨石英玻璃亚表面损伤的无损检测方法。搭建无损检测系统,对采用不同金刚石研磨液研磨的石英玻璃亚表面损伤进行检测,并采用横截面显微有损检测法对同一批石英玻璃检测结果进行验证。对比无损和有损检测结果,亚表面损伤深度的相对误差在5%以内,亚表面裂纹构型基本一致。结果表明,偏振激光共聚焦无损检测方法可实现研磨石英玻璃亚表面损伤的定量、非破坏检测,可为后续石英玻璃的加工工艺优化提供有效的检测手段。

跨介质上行激光传输的蒙特卡罗仿真

为了研究跨介质上行激光在传输过程中的分布与损耗特性,基于蒙特卡罗方法改进了现有的激光传输模型.假设水下激光为光子的集合且光强服从高斯分布,通过追踪大量光子的传输过程,获得统计结果以分析海面风速和水下传输距离对接收面上的光子分布与权重的影响.结果表明,当海面风速一定时,水下传输距离越远,光子分布越发散,中心位置权重急剧下降;当水下传输距离一定时,较低风速对光子分布影响不大,随着风速增加,光子分布的发散趋势明显.因此可知,海面较大风速和水下较远传输距离对跨介质上行激光传输有较大的影响.

激光散斑过零法测量纳米流体运动状态

为了测量纳米流体的运动状态，采用激光散斑测速技术和过零测试方法，分别对TEM00激光散斑过零法测量纳米流体中纳米粒子运动速率和类TEM10激光散斑过零法测量纳米流体运动方向进行了理论分析和实验验证，取得了含大量噪声和基线漂移的散斑光强起伏信号：．对该信号进行小波去噪和线性拟合，得到信号每秒过零次数与漫射物体运动速率间存在的正比关系。结果表明，纳米粒子具有良好的跟随性，且纳米粒子的速度可认为是纳米流体的实时运动速度；同时，通过实验验证了类TEM10激光散斑过零法测量流体运动方向的可行性。这一结果为纳米流体运动状态的测量和纳米流体传热机理的研究提供了理论和实验依据。

基于激光跟踪测量系统的叶片平整度检测

根据某厂风机叶片平整度的检测项目实例,研究新型三维工业测量系统——激光跟踪仪应用于大型工业产品成果质量的检验.首先运用激光跟踪仪测量待测截面上均匀分布的离散点三维坐标,其次利用最小二乘法计算出离散点的最佳拟合平面,最后计算出各离散点到此平面的距离作为评价的指标,进而确定待截面平整度是否满足设计要求.实践证明激光跟踪测量系统完全满足截面平整度检测亚毫米级精度的要求,对于其它工业产品平整度检测有很好的借鉴意义.

地铁隧道断面测量方法浅析

地铁隧道断面测量的目的是准确地测出隧道开挖的实际轮廓线并与设计进行对比从而计算超欠挖量。地铁隧道断面测量方法众多,并且各有优缺点。论文对常用的断面仪法、全站仪法和三维激光扫描法的作业流程和效率进行了简要介绍,并对其进行对比分析。