北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室，北京 100044
仪器是获取信息的主要手段，是信息产业的支撑。快速准确地获得多种信息是测量仪器的一大发展趋势，也是信息时代快速发展的必然要求。激光多自由度同时测量具有测量效率高、多自由度误差参数同时测量等显著优点，克服了传统激光单参数测量获取信息有限、测量效率低下等缺点，成为数控机床误差测量等领域重要的研究方向。本文按照激光单自由度测量方法到多自由度同时测量系统集成的顺序，对目前激光多自由度同时测量方法和系统进行了较全面的介绍，分析了其优缺点，并讨论了激光多自由度未来的发展趋势。
测量 单自由度测量 多自由度同时测量 数控机床误差测量 研究现状与发展趋势 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312012
北京交通大学 发光与光信息教育部重点实验实，北京 100044
转轴径向运动误差是转轴的重要误差项之一，严重影响数控机床等转轴相关设备的精度和性能。利用激光干涉配合伺服转轴可以实现转轴径向运动误差的测量，但由于待测转轴和伺服转轴的自身转速不匀、伺服响应延迟、跟踪不稳等原因，干涉测量信号存在持续微幅相位抖动，进而造成非线性误差难以有效修正，相位解算精度不高，测量误差大。针对这一问题，提出一种零值截取-阈值判定的干涉信号处理方法，成功消除了相位抖动的影响。设计并搭建了一套转轴径向运动误差的激光干涉测量装置，针对实测信号的处理结果表明，相比于传统修正方法，文中提出的修正方法使得转轴径向运动误差干涉测量信号解算的重复性由4.8 μm减小到0.2 μm，与标准仪器的对比误差由3.5 μm降为2 μm。
转轴 径向运动误差 相位抖动 非线性修正 rotary axis radial motion error phase jitters on-linear correction 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220205
发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京交通大学理学院, 北京 100044
介绍了研制的一种基于共轴锁模腔增强吸收光谱技术的中红外甲醛气体检测系统。 系统采用了发射中心波长为3.6 μm的带间级联激光器为光源, 以高精度F-P谐振腔作为气体反应池, 通过激光在谐振腔内的多次反射极大地提高了有效吸收路径。 为了实现甲醛检测, 利用Pound-Drever-Hall(PDH)技术将激光频率和腔谐振频率锁定至波长为3 599.08 nm的甲醛吸收峰上。 实验发现, 谐振腔腔长容易受到外界环境的影响产生变化, 导致系统失去锁定, 产生测量误差; 为了抑制这一现象, 提高系统的准确性和抗干扰性, 采用了动态PDH锁定技术, 通过低频锯齿波信号对腔长进行小范围内的周期性调制, 使得腔谐振频率在目标气体吸收峰附近缓慢来回变化; 通过选择合适的扫描范围使得在扫描过程中激光与谐振腔保持频率锁定。 系统通过光电探测器采集谐振腔透射光强信号, 通过对腔透射信号进行拟合计算来确定甲醛浓度。 为了验证检测系统的有效性、 评估系统的性能, 采用质量流量计配备了6种不同浓度的甲醛气体样品并开展了甲醛吸收光谱测量实验、 系统标定实验和稳定性实验。 实验结果显示, 在0~10 mL·L-1范围内, 腔透射信号拟合值与甲醛浓度之间呈现出良好的线性关系; 通过Allan方差分析得到当积分时间为1 s时系统检测下限为52.8 nL·L-1, 积分时间为14 s时检测下限可以降至3.3 nL·L-1。 此外, 通过增加谐振腔的腔镜反射率和腔长可以提高有效吸收路径, 进一步降低检测下限。 该系统灵敏度高、 响应速度快, 具有较好的抗干扰性和长期稳定性, 在痕量甲醛检测方面具有广阔的应用前景。
红外吸收光谱 腔增强技术 频率锁定 甲醛检测 Infrared absorption spectrum Cavity enhancement technology Frequency locking Formaldehyde detection 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2077
1 北京交通大学 发光与光信息教育部重点实验室, 北京 100044
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
提出了一种基于光纤激光自准直转轴转角定位误差测量的方法, 建立了包含转轴运动误差以及安装误差的误差模型, 仿真分析了23项误差对转角定位误差测量的影响, 结果表明仅有参考转轴与待测转轴之间的4项安装误差的影响量与转轴旋转角度相关, 且只需精细调整其中两项角度安装误差即可保证影响量小于0.2″。利用所搭建的测量装置对某分度盘的转角定位误差进行了测量, 三次测量重复性偏差约为0.9″, 与光电自准直仪对比的最大偏差约为0.6″。结果表明: 利用该测量方法和测量装置可以实现转轴转角定位误差的全周范围高精度测量, 验证了所提出模型的有效性。
转角定位误差 激光自准直 误差测量 转轴 angular positioning error laser autocollimation error measurement rotary axis 红外与激光工程
2019, 48(2): 0217001
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Luminescence and Optical Information, Ministry of Education, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
We report a method for simultaneously and directly measuring all six-degrees-of-freedom (six-DOF) motion errors of a rotary axis. Such a method combines the principles of laser interferometry and laser collimation measurement. One reference rotary axis and two retro-reflectors are used to achieve simultaneous sensitivity to all six errors in a full-circle measuring range. As no separation models are required, our method is capable of dynamically measuring these errors in real time and conveniently determining the origin of the errors. An automatic measuring device is built. The effectiveness of our method is experimentally demonstrated.
120.3930 Metrological instrumentation Chinese Optics Letters
2019, 17(1): 011203
1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
2 北京交通大学理学院发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京 100044
气体泄漏红外成像探测具有高效率、远距离等显著优势。为了进一步增强观察人员对气体泄漏红外图像的细节感知, 等效提高系统探测极限, 提出一种基于双边滤波的气体泄漏红外图像动态压缩及增强方法, 以气体泄漏红外图像特点为依据, 对双边滤波和压缩合并过程进行控制, 实现了气体泄漏红外图像细节的有效增强。实验表明, 在实现从高位宽原始数据到低位宽输出显示数据压缩的同时, 气体泄漏痕迹信息得到显著增强, 且整幅图像具有较好的对比度, “光晕”现象得到有效抑制。
成像系统 红外成像 气体泄漏探测 图像压缩与增强 双边滤波
北京交通大学理学院光电检测技术研究所, 北京 100044
转轴为旋转运动提供了基准，是精密测量、加工、控制等设备的重要运动部件之一，在高端加工制造、航空航天、光学分析等领域具有重要地位。转轴在转动时具有六自由度几何运动误差，通过对六自由度误差的测量，建立误差补偿模型进行误差补偿，是目前世界上普遍采用的用于提高精密测量、加工、控制等设备精度的主要途径之一。综述了现有转轴激光多自由度误差测量方法，并分析了各种方法的优缺点，讨论了其发展趋势。
测量 转轴 多自由度运动误差 转角定位误差 激光与光电子学进展
2016, 53(9): 090003
1 电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 昆明物理研究所, 云南昆明 650223
气体泄漏红外成像检测技术以其高效率、大范围、动态直观等显著优势成为气体检测领域的研究热点之一。比较了气体泄漏主动/被动红外成像检测技术的优缺点及其典型技术, 重点介绍了国内外较为成熟的具有代表性的气体泄漏被动红外成像系统, 特别是被市场广泛接受的应用性产品的技术特点及其采用的气体红外图像处理方法等关键技术。鉴于国内在技术成熟度和市场占有率等方面的不足, 全面分析了气体泄漏红外成像检测技术进一步发展的技术方向及存在的问题。
气体泄漏 红外成像检测 发展现状 gas leak infrared imaging detection development status
北京理工大学光电学院, 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
在已有基于色彩传递的双通道自然感彩色视频图像融合算法及DSP实时处理平台的基础上, 采用Xilinx公司的XC5VLX50T FPGA为核心处理器件, 配以少量外围器件研制成基于FPGA的可见光/红外双路自然感彩色视频融合系统, 可为观察者提供包含可见光/热红外信息的自然感彩色融合视频图像。系统输出图像色彩更接近自然, 使得两个通道的原有信息同时得到了更好的表现。基于FPGA的双通道自然感彩色融合系统不仅可实现实时视频融合, 而且相对原有DSP处理系统, 处理延时明显缩小, 可在1帧内完成相关的预处理和色彩传递处理, 适合动态场景下的双通道（微光/微光、可见光/热红外、微光/热红外、中波/长波热红外等）视频自然感彩色融合系统应用。
图像融合 色彩传递 可见光 红外 image fusion color transfer Visible IR FPGA FPGA
