摘要：为了突破常规激光投影仪由于单一波长的局限性造成应用场景的限制,同时实现对不同零件、不同材料、不同装配工艺的分图层投影,设计并搭建了多色分图层激光扫描自聚焦投影系统。系统采用2种波长的激光作为光源,根据二向色镜的位置不同,提出了多色共光轴和分光路2种激光扫描自聚焦投影方案,并推导了相应的光学系统数学模型。通过系统的自聚焦功能调节镜组间距,均可以实现在不同距离的投影面上聚焦出不同颜色的最小光斑。利用ZEMAX光学设计软件对2种投影光学系统进行仿真,并从系统可靠性和投影效果上对2种系统进行比较分析。实验结果表明:在3 m处的投影面上,共光轴系统各种波长的光斑直径均在0.8 mm以内,且光斑大小均匀,可以实现多色分图层的扫描自聚焦投影功能。

摘要：设计了一款可用于白光瞄准镜多参数检测的离轴反射式平行光管。针对在使用工况中,低频振动环境对主镜面形误差影响过大的问题,提出一种主镜背部柔性支撑方案,并对主镜柔性支撑的重要结构参数进行了优化。同时对RTV胶的特性进行分析,计算出环形RTV胶的有效属性和等效模量倍率。仿真结果表明,主镜组件在1-g重力作用下,面形误差RMS值和PV值分别为0.79nm、3.66nm,能满足系统指标对于平行光管面形的要求。平行光管整体的一阶模态频率为496.38Hz,具有良好的抗低频振动的能力,在热力耦合作用下,主镜面形误差均满足RMS值≤λ/30,PV值≤λ/10的设计要求,1000N力作用下的最大应力小于材料的屈服极限。主镜采用柔性支撑的离轴反射式平行光管的动态性能与面形精度能满足设计要求。

摘要：针对PCB(printed circuit board)平面绕组力矩电机运转时平稳性的问题,采用能实现极低导通电阻的IRF2807PBF MOS管作为驱动电路的主要芯片,结合IR2010s驱动芯片以及STM32F103ZET6主控芯片搭建整体的驱动电路,提升了在慢速情况下电路的驱动能力。利用SS361RT霍尔磁性位置传感器,形成速度闭环反馈,并运用自抗扰控制算法对速度增量进行控制,使用PI(proportion integral)电流环对电流增量进行控制,最后通过SVPWM模块输出六路PWM(pulse width modulation)脉冲序列控制三相全桥电路中的各相MOS(metal oxide semiconductor)管导通,从而实现了一种针对PCB平面绕组力矩电机的PWM闭环反馈式平稳调速驱动系统。通过仿真和实验表明,相比于使用传统的PI速度环设计的电机驱动系统,该驱动系统在相同转速下能大大提升电机运行时的平稳性。将驱动系统用于光学生物测量仪PCB平面电机控制的延迟线部分,能使延迟线平稳低速运行,保证了测量精度。

摘要：依据半导体光电导效应分析了光致导电复合网栅调控机理,阐明了光致导电复合网栅的设计思路与结构特点.结合透明衬底蓝宝石基片,选取雷达波2~18GHz,红外3~12μm波段为研究对象对复合网栅结构参数进行优化和仿真,当网栅参数周期由5mm变为2.5mm、边长由4.9mm变为2.4mm时,网栅的中心谐振频率从13.2GHz变为14GHz.采用衍射光栅同轴对准原理保证两次lift-off光刻工艺的对准精度,制备的网栅周期误差小于6μm,边长误差小于5μm,满足实验要求.复合网栅的光学和电学性能测试结果为:加载复合网栅的蓝宝石衬底样件与未加载的相比,红外透过率曲线整体走势未发生变化,透过率整体下降了7.8%左右,与单独金属网栅相比相差3.4%,符合红外透过损失规律.该复合网栅在敏感波长为600nm光照射下测得的中心谐振频率从13.22GHz变为14.03GHz,与仿真结果基本一致,验证了光照对复合网栅电磁性能调控的可行性.

摘要：太赫兹时域光谱技术在无损检测领域有很好的技术优势和应用前景,提高系统的检测速度和探测频谱分辨率是当前时域光谱技术的一个重要课题,而太赫兹时域光谱系统的检测速度和延迟时间是由光学延迟线决定的。基于透射式太赫兹时域光谱系统,设计了一种新型的旋转式光学延迟线,该旋转延迟线包含24片平面反射镜,通过旋转改变光程,进而产生可变的延迟时间。对该光学延迟线建立了数学模型,并进行了工作状态下光路的仿真与实际实验验证。仿真与实验结果表明,延迟时间可达72ps,扫描频率为60Hz,最小二乘法计算得到的线性度可达99.96%。利用有限元分析(FEA)软件对该延迟线的机械结构进行了旋转状态下的受力分析和模态分析,验证了该设计在工作中的可靠性与稳定性。该设计相比现有的太赫兹时域系统中的线性延迟线,有更快的扫描速度和更长的线性延迟时间,有利于太赫兹时域光谱系统的光纤集成化。

摘要：为能够实现对扭矩的高精度测量,基于光纤应变测量扭矩的原理,提出了新型结构的扭矩测量传感器。该传感器采用轮辐式的结构,能够获得固定梁处参考光纤与传递梁处测量光纤之间的相位差,通过建立相位差与扭矩之间数学关系的方式,实现对扭矩的测量;同时,采用有限元分析方法进行仿真研究,进一步确定扭矩与相位差之间的数学关系,为新型结构的扭矩传感器提供理论模型。误差分析结果表明:由结构引起的扭矩测量误差为±0.115N·m,证明该结构满足光纤的测量原理要求,能够实现扭矩测量。

摘要：针对可见光通信系统接收光功率分布不均匀的问题,提出基于人工鱼群算法的发光二极管(LED)光源布局优化模型.围绕矩形和椭圆形2种光源布局方式,以16个LED布局为例,以接收平面功率方差最小化为目标函数,对LED的位置和半功率角值进行优化,并在此基础上,对LED功率因子进一步优化.仿真结果表明:在照度范围和功率均匀性方面,矩形布局要优于椭圆形布局,经优化后得到的矩形布局接收平面功率方差为2.1027 dBm,经调节功率因子后方差达到1.8759 dBm,功率分布均匀性得到明显改善.

摘要：提出了层析短时积分成像法,并通过实验验证了该方法的数据质量更高,成像效果优于传统的层析成像法;在小波去噪理论方面,结合太赫兹信号的特点提出δ-σ评价规则,利用该评价规则遴选出最优的小波去噪组合(即sym7小波,分解尺度为5),并以此为基础设计酚醛塑料样件进行无损检测层析短时积分成像实验,对比不同的小波去噪组合,从识别缺陷数量、缺陷识别率这两个主观评价指标和韦伯对比度这一客观评价指标上对比小波去噪的效果,结果表明:sym7小波(分解尺度为5,软阈值处理)对酚醛楔形缺陷无损检测信号小波去噪具有良好的效果,信号预处理后的样件无损检测图像背景噪声带得到了有效抑制,预制缺陷与背景区域的对比效果更加明显,能够清晰准确地获取样件的内部结构变化。

摘要：为了实现对光纤光栅回波光谱分布的控制,利用传输矩阵法构建了分段调制折射率的数学模型。通过在各个分段中以不同形式的折射率调制组合实现对回波光谱分布的控制,研究了基于不同折射率分布条件下的谱形特性,为实现获取任意形态的Bragg光谱分布提供了理论支撑。系统结合耦合模理论与矩阵传输算法,当分段后子光纤光栅尺寸符合边界条件时,即仍可应用耦合模理论计算,同时又可以将多段的耦合方程以正、反向模式的形式通过矩阵函数进行表达。由此可知,虽然任意折射率调制组合构成的整个光纤光栅不具备通解形式,但分段后的子光纤光栅具有可解析的特性,同时再利用矩阵传输算法可以将m段子光纤光栅的正反向模式进行计算,就能将任意形式光纤光栅的折射率调制函数转化为传输矩阵组,再对其反射率分布场进行解析。最终,可以得到整个光纤光栅的等效正、反模式,即实现回波光谱分布的控制。由理论部分可知,回波光谱分布特性主要受正反向导模耦合系数、纤芯位置、分段数决定,可由^σ(z)和k(z)表示。通过MATLAB仿真分析可知,两参数在(0,1)范围内对反射率函数具有明显的调制作用。随着控制参数阶数的增大,反射率调制斜率也会增大;当k(0. 38,0. 48),^σ(0. 52,0. 58)时,反射率调制符合单调特性。从而得到了不同控制参数条件下反射率函数的分布变化,讨论了耦合系数对回波谱形控制的量化效果。实验利用AVESTA公司的Ti:Sapphire飞秒激光器完成了四种不同结构光纤光栅的制作,采用了四种折射率分段调制的FBG结构,分别是:(1)在m段中Λ1和Λ2交替均匀分布;(2)在m/2段中Λ1和Λ2交替均匀分布,其余段随机分布;(3)在m/2段中Λ1和Λ2随机分布,其余段也随机分布;(4)在整个光纤光栅段折射率随机分布。对以上四种FBG的回波光谱分布进行测试与比较,可知采用分段折射率调制对Bragg光谱特性的作用效果。实验结果显示:当以矩阵组形式的FBG若在m段分布时,则与传统串联型均匀FBG测试效果一致,具有两个明显的Bragg特征峰;而矩阵组在m/2段中分布时,测试光谱仍能明显获取折射率调制特征信息,即存在两个Bragg特征峰,但峰峰值减小,噪声谱增大,半宽变窄。同时,相比交替模式而言,随机分布形式此种变化趋势更为明显。由此可见,通过控制矩阵组分布对回波谱形中特征峰值、半宽及功率谱进行调制。该方法在预先设计折射率调制矩阵的条件下,可以对Bragg光谱分布进行精确控制,实现目标回波谱形的获取。

摘要：为了解决光纤光栅温度与应变交叉敏感问题,在同一个探头上将温度敏感与应变敏感以不同的回波光谱表达形式加以区分,由此试制了一种新颖的FBG探头结构。系统采用啁啾FBG与渐变应变外壳配合的形式构成,使温度与应变对回波光谱谱形的影响可明显区分,从而实现同时测试两组参量的目的。给出了新颖FBG结构设计的理论分析,推导了其与回波光谱的函数关系,仿真分析了温度、应变与波长偏移量的关系,讨论了在不同轴向位置及应力水平条件下系统的应变值数据分布。实验将该FBG与标准温度与应变传感器的测试结果进行对比,结果显示,其温度误差优于0.98%,应变误差优于2.54%。