天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
研究非合作目标光频扫描干涉信号的快速检测方法，采用稀疏傅里叶变换算法快速求解距离谱，通过引入综合Rife算法精密校正距离谱，可大幅提升解算效率，保证解算精度。实验结果表明，所设计的硬件检测单元能够高效采集并处理不同粗糙度、入射距离及入射角度的非合作目标干涉信号，2 MB数据的处理时间为0.1224 s，在12 m范围内测距误差小于13 μm，标准差优于10 μm。
测量 光频扫描干涉 非合作目标 频谱校正 绝对距离测量
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
光频扫描干涉绝对距离测量系统需校正光频扫描非线性、细化信号距离谱，因此系统的数据采集及处理效率低，难以满足大尺度数字化制造场景中长度测量需求。本文设计的数据采集与处理系统，引入辅助干涉信号作为数字信号采集系统时钟，在信号采集过程中，同时校正等光频采样的光频扫描非线性，因此效率较高。并采用稀疏快速傅里叶变换确定距离谱细化区间，基于细化-快速傅里叶变换实现距离谱细化，有效提高距离的精密解算效率。实验结果表明：本文设计的系统，在数据处理速度方面，较使用线性调频Z变换的传统系统提高10倍以上；与商用干涉仪比对，在15.4~16.1 m等效空间距离范围内，测量结果误差保持在10 μm以下，测量重复性优于6 μm。
信号处理 绝对距离测量 光频扫描干涉 等光频采样 频谱细化 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0107003
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
光频扫描干涉(FSI)绝对测距技术具有精度高、灵敏度高等优点,受到了大型装备制造领域的广泛关注。为获得更高的测距精度,FSI系统中往往需要通过构建光纤辅助干涉仪以实现对光频变化的精密监测。然而,受环境因素以及色散效应的影响,光纤辅助干涉仪的光程难以在测量过程中维持稳定,导致测量精度严重下降。针对这一问题,提出了一种基于光谱标定的FSI绝对测距方法,采用氰化氢(HCN)气体的吸收光谱特征为FSI系统辅助干涉仪光程的在位快速标定提供稳定、精确的光频参考。提出了一种色散失配误差的快速补偿方法以消除光纤辅助干涉仪引入的色散失配误差对测量结果的影响。为验证上述方法的有效性,在20 m的距离上与商用干涉仪进行精度对比实验。实验结果表明,在测量范围内该系统的最大测距偏差小于50 μm,测量重复性优于±4 μm。
测量 光频扫描干涉 绝对距离测量 吸收光谱 色散效应 光学学报
2022, 42(12): 1212001
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
随着大型装备制造技术的不断发展,测量尺度的增加与精度需求的提升给现有大尺寸精密测量技术带来了严峻挑战。光频扫描干涉测距在精度、效率、现场适应性、溯源等方面具有良好的综合性能,尤其适合当前工业测量场景下的大尺寸绝对距离测量任务。本文介绍了光频扫描干涉测距的基本原理,总结了关键技术和仪器的研究进展,从提升测量精度与效率的角度出发,探讨了其应用于工业测量领域仍存在的问题、研究方向和发展前景。
测量 绝对测距 光频扫描干涉 大空间坐标测量 工业测量 中国激光
2021, 48(19): 1918002
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
在激光扫频干涉测距过程中，目标振动在测距干涉信号中引入了多普勒频移，造成信号频谱展宽，导致了测距误差放大效应。为了降低振动对测距结果的影响，提出了基于激光自混合测振的测距误差补偿方法，通过同步测量自混合干涉信号的相位变化，补偿目标振动对测距干涉信号的相位调制，并采用频率重采样法校正激光器的调频非线性。最终通过仿真和实验验证了所提方法的可行性。在实验中，当测量的目标振幅为7102.1 nm时，测振标准差为7.9 nm，补偿前的测距标准差为3270.6 μm，补偿后的测距标准差降低到21.4 μm。补偿后的测距标准差接近无振动情况下的测距标准差，表明目标振动引发的测距误差放大问题得到了有效解决。
测量 激光扫频干涉测距 激光自混合干涉 目标振动补偿 频率重采样 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1112005
天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
基于激光自混合干涉的振动重构方法需估算光反馈水平因子以及线宽增强因子，目标振动导致光反馈水平变化，引入较大的测量误差。为提高测振精度和鲁棒性，本文提出一种基于自混合干涉调频特性的振动重构算法，利用全光纤马赫-曾德尔干涉仪获得自混合干涉调频信号，解算出激光器的瞬时频率，并联合调幅信号相位实现对目标振动信息重构。该方法无需估算光反馈水平因子以及线宽增强因子，极大地简化了测量光路与解算模型，在保证测量精度的同时降低了振动信息提取过程的复杂性。数值仿真表明，在适度光反馈的条件下，该算法在振幅为2~100 μm的测量范围内具有良好的线性度。实验结果显示，在1.6~8.3 μm的测量范围内，重复测量标准差低于15 nm，非线性误差为0.78%。
测量 自混合干涉 振动测量 调频特性 马赫-曾德尔干涉 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0712001
Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics, Optoelectronics and Energy & Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006, China
2 Key Lab of Advanced Optical Manufacturing Technologies of Jiangsu Province and Key Lab of Modern Optical Technologies of Education Ministry of China, Soochow University, Suzhou 215006, China
It is known that one can determine the mode orders (i.e., the azimuthal order and radial order) of a partially coherent LGpl beam (i.e., a partially coherent vortex beam) based on the measurement of the cross-correlation function (CCF) and the double correlation function (DCF) together. The technique for measuring the CCF is known. In this Letter, we propose a method for measuring the DCF. Based on the proposed method, the determination of the mode orders of a partially coherent LGpl beam is demonstrated experimentally.
030.1670 Coherent optical effects 050.4865 Optical vortices 350.5500 Propagation Chinese Optics Letters
2017, 15(3): 030002
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院自动化系，上海 200093
为解决压缩跟踪过快引入跟踪误差和样本采集方面的缺陷，首先，引入基于预测向量的采样搜索策略，通过前两帧跟踪到的目标位置预测后一帧目标的运动方位，并采用扇形区域采样方式缩小有效样本的范围；其次，根据前后两帧跟踪到的目标的对照来判断复杂背景或遮挡的发生，利用Bhattacharyya 系数自适应地改变分类器参数更新系数。实验证明，这些策略避免了因压缩跟踪缺陷导致的跟踪失败，改进后的算法比原算法具有更好的鲁棒性和时效性。
压缩跟踪 预测向量 自适应 贝叶斯分类 compressive tracking predictive vector self-adaptive Bayes discriminant
西安电子科技大学 技术物理学院，陕西 西安 710071
综述了已有散射介质超衍射极限聚焦和成像技术的研究现状及进展。首先介绍了这一领域的研究背景及意义，以及已有超衍射极限成像技术的发展现状; 然后给出了应用于超衍射极限成像的散射介质定义; 其次分析了时间反演技术在声学、微波领域聚焦上的应用，介绍了时间反演法在光学领域超衍射极限聚焦应用中的实现方法，总结了散射介质加入到光学系统中的作用，分析了利用反馈控制调节和光学相位共轭方法进行散射介质超衍射极限聚焦方法的特点; 讨论了基于空域和空频域传输矩阵测量的散射介质宽场成像方法及在该目的下的散射介质制备方法; 最后给出了散射介质光学超衍射极限成像技术研究前景及展望。
散射介质 超衍射极限 时间反演 光学相位共轭 显微成像 scattering medium diffraction-limit breaking time reversal phase conjugation microscope image
1 天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
2 天津商业大学 机械工程学院，天津 300134
研究了滚珠丝杠在单热源作用下的温度场模型，以便快速、准确地预测滚珠丝杠的热误差。根据丝杠的导热方程，在合理修改边值条件的基础上，建立滚珠丝杠的温度场理论模型，引入随温度变化的参数α′修正该模型，并提出模型参数的辨识方法。结合机械热变形理论，用所建立的温度场模型预测滚珠丝杠的热误差，进行温度场模型参数辨识实验和模型预测效果的验证实验。结果显示：基于温度场模型预测的温升值与实验测得的温升值之间的最大误差为0.8 ℃; 热误差预测结果与实测结果的最大误差为3.8 μm。结果表明所建立的温度场模型可以较准确地反映滚珠丝杠在单热源作用下的温度分布，进而可以较准确地预测滚珠丝杠的热误差。
滚珠丝杠 温度场 热误差 单热源 ball screw temperature field thermal error single heat
