摘要：为了克服传统光栅光谱仪小体积与高分辨率无法共存的缺点,提出一种以中阶梯光栅为核心色散元件、反射棱镜为辅助色散元件的光谱仪光学设计方法。具体分析了中阶梯光栅的基本原理,从光路设计和元件参数设计两方面进行仪器光学设计,最后设计了一个焦距为150 mm、光谱范围为200 nm^600 nm、理论光谱分辨能力为0.1 nm的中阶梯光栅光谱仪,仿真和实验表明,设计的光谱仪在Hg灯253.652 nm处光谱分辨能力为0.023 9 nm,在Hg灯546.074 nm处光谱分辨能力为0.061nm,满足设计指标要求。

摘要：叶尖间隙是航空发动机设计和试验的关键参数,直接影响发动机的工作效率和运行安全。航空发动机叶尖间隙的实时在线监测已成为测试大纲中的必备项目。随着新型航空发动机的发展,叶尖间隙测量技术进一步成熟和深入。介绍了叶尖间隙在线测量原理,阐述了系统典型结构及常用测量流程,归纳了叶尖间隙在线测量的6大关键技术,详细分析了放电探针法、光纤法、电容法、电涡流法和微波法等叶尖间隙测量方法的工作原理、性能特征、关键技术发展历程及未来发展方向,对比总结了各种方法的研究成果和最新产品,提出了叶尖间隙测量领域的发展趋势与展望,从6个方面总结了叶尖间隙测量领域的未来重点研究方向,为后续研究提供参考。

摘要：热阴极低压汞灯可作为冷原子吸收测汞仪的紫外光源,但使用传统电子镇流器驱动时,其光强存在波动大、温漂严重等问题,不能满足痕量汞成分检测低检出限的要求,因此提出了一种热阴极低压汞灯驱动及光强稳定方法。构建了直流低压供电下的自激式电流馈电推挽谐振逆变电路拓扑,并基于等效电路模型设计电路参数,实现了汞灯预热启动和正常发光;以光强反馈方式构成了闭环控制系统,并对系统频域进行分析与优化设计,提高了光强稳定性。通过仿真实验验证了逆变电路的可行性,并搭建冷原子吸收测汞系统进行了测试,实验结果表明汞灯光强波动小于0.15‰,50 min内基线漂移小于0.06‰。

摘要：针对现有倾角传感器分辨力不足、精度不高、线性度差等问题,设计了一种使用柔性铰链连接极板和外框架进行角度传递的差动电容式倾角传感器,该传感器兼具稳定性好、分辨力高和线性度好的优点。提出了在检测能力一定的情况下通过改变结构参数获得不同分辨力和量程的倾角传感器设计方法。分析了差动式电容极板测倾角原理并进行了线性度评定。构建了结构参数对传递灵敏系数的影响模型,根据选择的结构参数设计了传感器并结合数字电容检测电路进行了验证。实验结果表明在±1000″量程范围内分辨力优于0.14″,测量误差小于±2″,线性度优于0.17%。

摘要：线结构光三维测量技术在各行业中已广泛应用,对于不同的测量对象,其测量范围与测量精度也有所差异。围绕线结构光测量精度的影响因素展开研究,着重分析了光源、相机和扫描装置在系统性能中的作用。介绍了非沙姆结构的线结构光传感器数学模型以及线结构光扫描点云拼接数学模型,深入分析了关键组件特性对系统性能的影响以及它们之间的相互约束关系。针对常见的检测需求,明确了系统关键参数设计逻辑,这为系统设计优化提供了理论支持。最后,该研究搭建了一套微米级线结构光扫描测量系统及标定实验平台,并进行了三维重建实验,为线结构光技术在实际应用中的进一步发展提供了宝贵的实验数据和经验。

摘要：为了提升长导轨五自由度测量中直线度测量精度,对五自由度测量装置中直线度测量单元的测量光路、误差模型和标定方法等进行研究。长距离测量时基准光束角度漂移会造成严重的直线度误差,光路中采用了望远物镜结构测量角度漂移,相比于单透镜,这种可以在有限空间内增加焦距,使得组合焦距大于机械尺寸,从而提高测量精度,并通过补偿提高测量稳定性;分析了角度串扰引入的误差,并结合装置中的角度测量值建立了补偿模型;采用四象限探测器作为直线度测量传感器,为解决传感器测量非线性随量程变大而加剧以及测量灵敏度随长导轨移动非线性变化的问题,提出了一种多项式拟合与三次样条插值拟合相结合的分区间标定方法。试验结果表明:在5 m的测量距离以及±400μm的量程内,与激光干涉仪测量结果对比,误差标准差小于0.3μm,3 h内漂移小于±0.5μm。满足长导轨直线度测量对大量程、高精度、高稳定性的要求。

摘要：正交分光测量系统在动态位姿测量场景中有重要应用,待测目标的特征点坐标快速、有效匹配是系统实现动态测量的关键,传统坐标匹配方法存在速度慢、动态误差大等问题。提出一种基于射影不变量的多点坐标匹配方法,依据正交分光测量系统的成像特性,将射影变换中的交比不变量和顺序性作为坐标匹配的约束条件,设计了一种共线多点的合作靶标,完成图像坐标和物点的匹配,讨论并解决了测量过程中可能出现的坐标重叠情况。实验结果显示:所提方法单帧的坐标匹配时间最多为3 ms;随着被测目标运动速度的增加,与位姿解算方法 optimal solution to perspective-n-point problem(OPnP)结合的旋转矩阵误差不超过6°,平移向量误差不超过2%。

摘要：正交分光成像系统在高频动态坐标测量中具有独特优势。针对其在高频测量条件下数据量大,光斑坐标难以实时提取的问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时多光斑峰值位置亚像素定位算法。首先设计与光斑光强分布相近的模板,通过模板匹配解决了原始图像中因噪声导致的峰值抖动问题;其次对匹配后的图像进行阈值比较并生成窗口信号,对窗内像素进行高斯拟合,拟合中心作为光斑峰值亚像素坐标。计算中充分利用FPGA并行处理的特点,采用流水线设计实现了硬件加速。实验表明,该算法可实现对多光斑位置的实时提取,光斑重复定位极差小于0.1像素,标准差为0.014像素,分辨力达亚像素级别。

摘要：针对某些热加工过程中温度控制范围大、精度高的要求,设计并实现了热加工智能温度控制系统。设计了桥式断偶保护装置保证温度控制的安全可靠;利用改进的数字PID算法提高了温控精度和系统稳定性;提出了恒速升温的方法提高升温线性度。现场实验结果表明：本温控系统检测和控制范围达0~1500℃,精度达±0.3℃,系统超调小于0.5%,实现了热加工过程中温度大范围变化时的高精度控制要求。

摘要：转盘电极发射光谱分析技术在油液成分检测中有重要应用,研究表明,电弧光源的稳定性对光谱分析的结果有重要影响,传统的电弧发生器多使用火花放电器作为引弧电路的核心器件,在油液成分分析中引弧的稳定性和可靠性难以保证。文章提出了一种用于电弧光源激发的数字化自动引弧电路,建立了高频引弧电路拓扑结构模型,使用双路可控硅代替火花放电器,并使用基于FPGA和电流反馈的Buck电路自动调整输出电压,分析了电路参数和控制策略对输出波形的影响。对间隙长度2~6 mm、覆盖油液样品厚度0.2 mm的电弧结构进行了电击穿仿真,结果显示电路的输出电压能够随间隙变化自动调整,且在不同间隙长度和电极上有无油液样品覆盖的情况下均能实现可靠引弧。