提出并设计了一种环形腔掺铒光纤激光用于温度传感的方法。利用啁啾光纤光栅进行光学滤波, 结合未泵浦掺铒光纤作为可饱和吸收体稳频, 实现了环形腔掺铒光纤激光器单波长激光输出。通过温度变化实验, 实现了单波长激光输出的温度传感测量。泵浦源输出功率为219 mW时, 实现了1 555.25 nm单波长激光输出, 3 dB线宽为0.06 nm, 边摸抑制比为47.05 dB。实验中对1 555.25 nm单波长激光进行稳定性测试, 10 min内激光输出功率变化为0.59 dB。利用温度加热平台对啁啾光纤光栅进行升降温实验, 升温过程温度灵敏度为12.59 pm/℃, 线性度为0.998 6, 降温过程温度灵敏度为12.58 pm/℃, 线性度为0.998 3。不同温度条件下对激光进行稳定性测试, 在10 min监测时间范围内, 50 ℃和300 ℃激光输出功率变化分别为0.27 dB和0.09 dB。

A switchable dual-wavelength erbium-doped fiber (EDF) laser is proposed and demonstrated. The interference filter is achieved by employing a phase-shifted fiber Bragg grating (PSFBG) combined with Sagnac loop structure. By adjust-ing polarization controller (PC) states, the birefringence effect is introduced to weaken mode competition, then stable and switchable dual-wavelength fiber laser can be realized. Based on coupled-mode theory and transmission matrix, the Sagnac loop transmission characteristics are studied. The experimental results show that the proposed fiber laser can operate in switchable dual-wavelength output mode at room temperature just by simply adjusting PC. The output wavelength range of fiber laser is 1 556.128—1 556.384 nm, the side mode suppression ratio (SMSR) is over 45 dB, and dual-wavelength spacing as small as 0.048 nm is achieved, which can be used in high-fineness dense wavelength division multiplexing (DWDM) systems and similar structures.

为了克服传统机器人手眼标定方法求解手眼关系及机器人坐标系与世界坐标系方位关系对标定参照物的依赖，提出一种基于二阶锥规划的无标定参照物手眼标定改进方法，并搭建相关实验系统进行验证。首先，利用运动恢复结构算法解算定义在一个尺度因子基础上的相机运动矩阵; 然后，引入对偶四元数理论参数化标定方程中的旋转矩阵和平移向量; 最后，通过二阶锥规划方法同时求解相机运动矩阵尺度因子、手眼关系及机器人坐标系与世界坐标系方位关系的最优解。仿真和实测结果表明，在没有标定参照物作为测量基准的情况下，标定结果中旋转参数相对误差为3.998%，平移参数相对误差为0.117%。与其他标定方法相比，该方法提高了无标定参照物模式下机器人手眼标定精度，扩展了手眼标定方法的应用范围。

针对数字散斑干涉(Digital Speckle Pattern Interferometry, DSPI)测量中散斑噪声干扰会导致相位提取困难、测量灵敏度降低的问题, 提出基于能量的DSPI相位图正余弦滤波法, 克服传统滤波方法不具有自适应性的不足, 提高了相位图质量。该方法根据正交小波包能量估算DSPI相位图中的噪声能量; 对相位图分别进行正余弦变换, 采用均值法平滑处理; 利用噪声能量设定滤波阈值, 实现相位图有效滤波, 文中将噪声能量与正余弦滤波结合可以自适应地进行降噪处理, 利用能量控制图像滤波效果。仿真和实验结果表明, 基于能量的正余弦滤波法较传统方法可以减少50%的循环次数。证明了本文提出的方法能够有效地对数字散斑干涉相位图进行滤波, 提高信噪比。

采用CCD相机采集物体变形前后的散斑图片, 利用一维经验小波变换对散斑图片进行逐行分解, 获得一系列的固有分量. 根据分解后分量的核概率密度函数提出基于核概率密度的自适应降噪法, 去除噪声干扰, 提取跟变形信息相关的分量并重构, 利用重构后的每一行获得变形前后重构散斑图. 采用Hilbert法计算重构后散斑图的相位, 对变形前后散斑图相位进行相减, 根据相位差进行解包裹获得物体表面变形信息.实验结果表明该方法能够有效地对物体表面变形进行测量, 且测量精度较经验模态分解提高4倍.

An optical fiber sensor for strain and temperature measurement based on long period fiber grating (LPFG) cascaded with fiber Bragg grating (FBG) structure has been proposed and realized both theoretically and experimentally. Theoretical analysis shows that two microstructures with similar sensitivities cannot be used for double parameters measurement. The LPFG is micromachined by the CO2 laser, and the FBG is micromachined by the excimer laser. For the validation and comparison, two FBGs and one LPFG are cascaded with three transmission valleys, namely FBG1 valley at 1 536.3 nm, LPFG valley at 1 551.2 nm, and FBG2 valley at 1 577.3 nm. The temperature and strain characteristics of the proposed sensor are measured at 45—70 °C and 250—500 με, respectively. The sensitivity matrix is determined by analyzing wavelength shifts and parameter response characterization of three different dips. The proposed optical fiber sensor based on LPFG cascaded with FBG structure can be efficiently used for double parameters measurement with promising application prospect and great research reference value.

为了实现大视场周期性微结构缺陷检测, 提出了一种基于光学傅里叶变换(FT)的大视场周期性微结构缺陷检测方法, 并搭建相关实验系统进行实验验证。首先, 对周期性微结构的像进行二维快速傅里叶变换, 获取周期性微结构的空间频谱; 然后, 选取一级衍射斑点中的一个斑点做快速傅里叶逆变换, 得到周期性微结构的幅值分布图; 最后, 根据幅值分布图中的幅值突变位置确定缺陷的位置以及根据幅值突变的剧烈程度来定性地判断缺陷处的点偏离原来位置的位移。实验结果表明: 该套系统的测量视场能达到1.5 mm×1.5 mm, 测量分辨率能达到0.5 μm以上, 在保证分辨率达到要求的前提下, 大大地提高了检测视场, 能够快速、高效、便捷地在大视场下对周期性微结构进行缺陷检测。

由于现有以大数据量和计算量为基础的大尺寸动态视觉测量系统处理速度较慢，本文建立了一个高速大尺寸动态视觉测量系统，并对该系统涉及的特征点中心定位、编码点识别、相机定向等算法进行了并行化研究。首先，分析了在不同测量条件下各个主要算法的时间消耗情况及每个主要算法的并行性; 然后，对常规的特征点中心定位和编码点识别算法做了介绍，分别提出了特征点中心并行快速定位和编码点并行快速识别算法，并详细说明了这两种并行快速算法的实现原理。最后，针对大量原子操作的问题，提出了线程束集体原子操作的优化方法。实验结果表明: 在不损失定位精度和识别率的前提下，图像中包含300个点时的并行方案比串行方案的时间开销减少了42%，当点数达到20 000时，时间开销减少91%以上。实验显示提出的并行设计方案有效地提高了处理速度，解决了大尺寸动态视觉测量系统实时性差的问题。