苏州科技大学物理科学与技术学院江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室,江苏 苏州 215009
移相干涉术是一种高灵敏度的非接触式光学测量方法。该方法在光学表面测量、形变测量等许多方面被广泛应用。然而环境振动对该方法的测量结果可能产生不可忽视的影响,包括造成条纹抖动、干涉图模糊等现象。为了解决这个问题,提高移相干涉测量结果的稳定性,干涉测量中的抗振技术应运而生。本文将抗振技术分为主动与被动两大类,主动抗振旨在隔振,即削弱传播至干涉系统的振动信号强度;被动抗振旨在消振,即消除振动对干涉测量造成的影响。被动抗振技术种类繁多,本文从帧数和实时性两个方面出发,将已有的被动移相干涉抗振技术进行分类介绍并对比,并对移相干涉测量抗振技术的发展方向进行了阐述。
光学测量 移相干涉 时域移相 空域移相 单帧干涉 抗振 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1900005
1 北京理工大学 光电学院 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
2 之江实验室, 浙江 杭州 310000
针对现有的三压电陶瓷移相器难以驱动大口径参考镜进行移相干涉测量的问题, 设计了一种用于被测镜单压电陶瓷驱动移相干涉测量系统的高精度压电陶瓷移相器驱动电源。电源采用误差放大式结构, 根据输入信号与输出采样的偏差, 通过比例作差与光耦隔离等环节输出控制信号, 进而控制MOSFET的导通状态调整充放电电流, 控制由倍压整流电路生成的直流高压源进行输出, 实现对驱动电源输出电压的稳定控制。实验表明其高精度压电陶瓷驱动电源具有在-600~+600V范围内输出连续可调电压的能力, 且纹波小于20mV, 线性度和精确度高, 稳定性好, 可实现压电陶瓷的可伸缩精确移相, 满足被测镜移相干涉测量系统进行大口径被测镜高精度面形测量的要求。
光学测量 移相干涉 压电陶瓷 驱动电源 误差放大 optical measurement phase-shifting interferometry piezoelectric ceramic driving power error amplification
1 北京控制工程研究所,北京 100190
2 空间智能控制技术重点实验室,北京 100190
为了减少星敏感器等空间姿态测量仪器的测量误差,提升星点定心精度,通过研究图像探测器像素位置偏差对定心精度的影响,提出了一种基于相移干涉原理的像素位置偏差标定方法。基于像素响应不均匀性,构建具有像素位置偏差的探测器仿真模型并进行星点定心计算,仿真结果证明了像素位置偏差会导致定心结果产生系统误差。探测器像素标定结果表明,在添加均方根值为0.03 pixel的像素位置偏差以及5%幅值比的高斯白噪声条件下,该探测器像素标定方法的标定精度优于3×10-4 pixel(1σ),研究结果为探测器像素位置偏差标定技术提供一种可行的方案,对于提升星敏感器等姿态测量仪器的测量精度具有重要意义。
探测器标定技术 星敏感器 像素位置偏差 像素响应函数 相移干涉技术 detector calibration technology star trackers pixels geometric offset pixel response function phase shifting interferometry 红外与激光工程
2020, 49(S1): 20200135
王超 1,2,3张学智 1,2,3江俊峰 1,2,3刘琨 1,2,3[ ... ]刘铁根 1,2,3,*
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 天津大学光纤传感研究所, 天津 300072
针对水利枢纽高速气流的流速测量需求,提出了一种基于光纤法布里-珀罗(F-P)传感技术的湍流流速测量系统。该系统由风速测量探头和偏振低相干干涉解调单元组成,利用两支F-P传感器检测流场的压力和温度变化,以实现流速的计算。通过追踪单个条纹的峰位置和七步相移法,对低成本线阵CCD采集到的干涉信号进行高精度解调。在温度为20~40 ℃和压力为98~110 kPa的环境下对两支传感器进行标定,用于滞止压力测量的传感器的压力绝对误差小于0.018 kPa,用于流场温度测量的传感器的温度绝对误差小于0.08 ℃。利用该系统进行了速度为9.3~93 m/s的气流检测,流速绝对误差小于0.49 m/s。实验结果表明,该系统可以实现高速湍流的流速测量,成本低,有广泛的应用前景。
光纤光学 光纤传感器 法布里-珀罗 低相干干涉 相移干涉法 流体测量 光学学报
2020, 40(12): 1206005
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 西北工业大学自动化学院,陕西 西安 710072
在数字全息显微技术中,为了提高测量精度,提出了一种利用长工作距离物镜的相移数字全息显微的测量装置和方法。该装置采用LED作为照明光源,可以有效地抑制相位噪声,提高了重建精度。通过在长工作距离物镜和样品之间加入分光棱镜的方法,构建了一种准物参共路的迈克尔逊干涉仪。该装置结构简单,调整方便,在部分相干光照明时,容易实现干涉。重建时,采用盲相移干涉技术,结合两步盲相移算法,重建出物体的表面相位分布。实验中,分别采用LED照明和He-Ne激光照明,测量了一个反射式USAF1951分辨率板的高度分布。结果表明,两者的测量结果相互吻合,但是LED照明时的噪声与激光照明时相比降低了70%。此外,为了进一步验证装置的有效性,使用该装置对刻于硅基底的微纳矩形台阶进行测量,测量结果与标称值具有良好的一致性,表明该装置在微结构的形貌测量方面有广阔的应用前景。
数字全息显微 相移干涉 准物参共路 部分相干光 digital holographic microscopy phase-shifting interferometry quasi-common-path partially coherent light
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川 绵阳621999
针对正弦移相干涉(SinPSI)中位相调制无法精确控制的问题, 提出了一种从时域频谱提取波面信息的任意正弦调制SinPSI方法(ASM-SinPSI)。首先,根据SinPSI信号频谱的第一、三个谱峰强度关系确定调制幅度, 并采用空间随机点的方法避免了分母零值的问题, 然后从SinPSI信号的前三个谱峰中获得波面位相的正切数值与符号信息, 最后以反正切计算波面位相。数值仿真表明: 在未知调制信息情况下, ASM-SinPSI的波面位相提取误差为0.016 rad。在调制幅度为1.6、2、2.5、3 rad时的测量实验中, ASM-SinPSI均可精确提取波面位相, 与真实波面偏差的最大值为0.058 7 rad。在1.5~3.5 rad区间内的任意调制幅度下, ASM-SinPSI无需精确预知调制信息即可高精度提取波面位相, 放宽了对移相器的严苛要求。
波面测量 正弦移相干涉 位相调制 wavefront measurement sinusoidal phase-shifting interferometry phase modulation 红外与激光工程
2019, 48(3): 0317002