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Abstract
School of Computer and Communication Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
The phase-sensitive time-domain reflectometer () has been popularly used for events detection over a long period of time. In this study, the events classification methods based on convolutional neural networks (CNNs) with different features, i.e., the temporal-spatial features and time-frequency features, are compared and analyzed comprehensively in . The developed CNNs aim at distinguishing three typical events: wind blowing, knocking, and background noise. The classification accuracy based on temporal-spatial images is higher than that based on time-frequency images (99.49% versus 98.23%). The work here sets a meaningful reference for feature extraction and application in the pattern recognition of .
phase-sensitive time-domain reflectometer convolutional neural network temporal-spatial images time-frequency images Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 040601
华中科技大学机械科学与工程学院，湖北 武汉 430074
在双波长干涉仪中，传统的等效波长法只是利用了单波长包裹相位之间的差值信息，忽略了它们的大小和正负信息。基于最小公倍数的有效波长法直接利用多个单波长包裹相位信息，可以实现比传统等效波长方法更大的无模糊测量范围，且没有误差放大效应。然而已有的最小公倍数有效波长解相位算法主要基于查表法，速度较慢，不适用于实际测量。提出了一种新的算法，可大幅提高最小公倍数有效波长法的计算速度，该方法可应用于双波长或多波长干涉仪中。
测量 表面测量 双波长干涉仪 等效波长 最小公倍数 无模糊测量范围 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0712002
华中科技大学 机械科学与工程学院, 湖北 武汉430074
为了补偿由于迟滞比较器引入所带来的位移计量误差,针对通常的迟滞区间补偿算法无法补偿光栅计量信号落在实际迟滞区间门限电压与计算迟滞区间门限V+、V-之间所导致的计数误差,提出采用设置变量来标识信号起始点和终止点象限,判断两者象限差与总计数值N模除4所得值是否相等,来决定是否进行增减补偿的迟滞区间补偿算法,并对两种实际出现的特殊情况进行了计数值修正处理。实验证明,该迟滞区间补偿算法可以有效克服计算迟滞门限电压因电子元器件的偏差、电源的纹波干扰以及环境中的电磁干扰而与实际迟滞门限电压不相等所带来的计数误差,使得整个计量系统达到较高的精度。
光栅信号 计数细分 迟滞区间 补偿算法 grating signal counting subdivision hysteresis interval compensation algorithm
华中科技大学机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
同步相移干涉技术通过同时获取多幅相移干涉图, 实现动态波面的相移干涉测量。为了保证测量精度, 在实施相移算法前, 需要对相移干涉图进行准确的位置配准。提出了一种结合加速稳健特征(SURF)提取算法和随机采样一致性(RANSAC)算法的多步干涉图位置配准方法, 通过配准具有一定特征的干涉背景图, 获得图像之间的变换关系并作用于相移干涉图, 实现同步相移干涉图位置配准。仿真分析表明, 该方法在光强不均的情况下对平移和旋转变换均具有较好的校准效果; 在含有高斯白噪声的情况下, 仍能进行配准获得变换矩阵, 完成相位恢复。将此方法应用于四步同步相移显微干涉测量仪对标准平面进行测量, 得到测量结果峰谷值为23.2520 nm, 均方根值为2.3149 nm。
测量 同步相移干涉 位置配准 加速稳健特征提取算法 随机采样一致性算法 光学学报
2017, 37(10): 1012002
华中科技大学 机械科学与工程学院, 武汉 430074
提出一种垂直扫描白光干涉信号的计算机快速模拟方法。该方法考虑到白光光源光谱分布及垂直扫描干涉系统对白光干涉信号的影响, 通过正弦函数多项式拟合的方式减少模拟算法的运算量, 消除了现有方法中数值积分运算量大, 不便于实际分析的缺点。采用白光LED作为光源, 用该方法对白光干涉信号进行模拟分析, 并用直接数值积分信号模拟结果与白光干涉垂直扫描测量装置获得的实测信号进行对比, 验证了该方法的准确性。
光学测量 白光干涉 信号模拟 正弦函数 optical measurement white light interference signal modeling sin functions
1 北京科技大学自动化学院， 北京 100083
2 北京控制工程研究所， 北京 100080
像机姿态测量，包括确定像机的旋转矩阵与平移向量，在机器视觉领域中有着非常广泛的应用。针对控制点异面分布的情况，提出了一种基于虚拟控制点的像机姿态测量算法。算法的主要思想是利用少量虚拟控制点实现像机姿态的短时间迅速求解，然后通过目前非常成熟的正交迭代算法，对求解结果进行精细调节，从而在整体上提高测量算法的精确度与稳定性。实验结果表明，算法在性能上优于目前比较流行的几种像机姿态迭代求解算法，而且具有较强的抗噪声干扰和抗控制点误匹配的能力，可以应用在实际的测量环境当中，是一种有效的像机姿态测量算法。
测量 姿态测量 迭代算法 透视n点投影 中国激光
2012, 39(11): 1108003
华中科技大学机械学院仪器系， 湖北 武汉 430074
双光栅干涉位移传感器拥有量程大、精度高等优点。文中详细阐述了传感器的测量原理，并对此理论原理进行ZEMAX软件仿真。与此同时，基于角谱理论推导得到干涉场中的光强分布。结果表明，激光通过双光栅后可以得到三角函数分布的干涉条纹，且双光栅相对移动一个光栅距离时条纹相应移动一个周期。最后分析了对双光栅传感器位移测量结果可能带来误差的因素，以及这些因素对测量结果的影响，文中给出了部分因素的误差表达式。
双光栅干涉 位移测量 ZEMAX仿真 误差分析 dual-grating interference displacement measurement ZEMAX simulation error analysis
太阳敏感器是卫星姿态控制系统中常用的一种光电敏感器。当卫星控制系统转入应急模式时，太阳敏感器的宽视场快速捕获太阳尤为重要。本文设计了一种梯形狭缝式太阳敏感器，该敏感器具有大的检测视场(157°)且可满足大太阳角(最大175°)下的应用，而采用梯形狭缝设计可大幅度减小太阳角大范围变化对太阳脉冲宽度的影响，从而便于后续处理电路的设计。实际的在轨飞行试验中验证了这种太阳敏感器的实用性。
太阳敏感器 梯形狭缝 太阳脉冲 sun sensor ladder-shaped narrow slit sun sensor's output pulse
1 华中科技大学 机械学院 仪器系,湖北 武汉 430074
2 华侨大学,福建 泉州 362021
3 哈德斯菲尔德大学 精密技术中心,英国
为了评价仪器的软件和整体性能,根据ISO软件测量标准(SoftGauge)5436-2,应用过程仿真、以及实测电加工表面和实测珩磨表面得到的标准数据,研究了采用不同方法获得的表面形貌即粗糙度轮廓的评定基准,分别为高斯滤波基准、最小二乘中线基准和最小二乘曲线基准。给出了不同基准下ISO 4287定义的表面粗糙度轮廓典型参数的评定结果,包括Ra、Rq、Rp、Rv、Rsk、Rku等,分析了几种基准下各参数相对于标准结果的计算偏差。计算结果表明:对于仿真数据,3种方法的计算精度都比较好,仅仅参数Rsk在两个最小二乘基准下偏差较大,达50%左右;对于电加工表面数据,高斯基准下的各个参数偏差最小,其它两种基准下偏差稍大,而相对偏差较大的是Rsk和Rp,其中Rsk分别为3.55%和-7.45%,Rp分别为-3.45%和3.95%;对于含有跳跃点的珩磨表面,3种基准下的评定结果都有较大偏差,其中求均值运算的Ra、Rq的偏差稍小,其它较大,经过剔除处理后,Ra、Rq偏差仍然相对稍小,Rsk和Rp由较大偏差明显减小为稍小偏差,而Rku、Rp偏差没有明显改进,仍约为40%。总之,3种方法对奇异点较敏感,对无奇异点的粗糙度轮廓的常用参数评定结果基本一致。在评定一般精度、表面无明显周期波纹度成分和较大奇异特征时,对于常用表面功能评定参数,如Ra、Rq,选用原理简单、实现方便的最小二乘拟合基准即可满足要求。
粗糙度评定 基准 标准数据 roughness evaluation mean line ISO5436-2 standard data ISO4287 ISO5436-2 ISO4287
1 华中科技大学 机械科学与工程学院，湖北 武汉 430074
2 香港科技大学 机械工程系，香港 九龙
为满足波面剪切干涉和双细光束干涉曲反射表面非接触精密测量、台阶高度测量以及其他平行分光需要，利用双折射晶体特性，研究并设计了一种单一平板激光平行分束器。当一束激光入射到双折射晶体时，它的2个相互正交的的偏振分量将有不同的折射特性，因此特定晶轴方向和厚度的晶体平行平板可以实现入射光束的平行分束。描述了双折射晶体平行平板的分束原理，推导了分束距离与光轴方向、晶体厚度、入射角的关系，分析了分束距离随主要设计参数的变化规律。采用设计的晶体激光分束器进行了实验测试，验证了分析与实测结果的一致性。
激光分束器 双折射晶体 特性分析 laser beam splitter birefringent crystal characteristic analysis
