强激光与粒子束
2024, 36(1): 013008
1 天津大学 精密测试技术及仪器全国重点实验室，天津 300072
2 北京卫星制造厂有限公司，北京 100094
双目面结构光三重扫描是在条纹投影双目视觉重建的基础上，追加左、右相机与投影仪构成的单目视觉系统重建点云，在反光和凹凸起伏等表面测量应用上具有更好的点云完整性优势。但由于环境温度变化影响，投影仪产生较大温度漂移，导致双目重建点云与单目重建点云发生“分层”现象。为此，文中提出了一种基于正交条纹投影的三重扫描系统温漂在线补偿方法，通过投影仪投射正交条纹来构建双目重建点在投影仪图像中准确的映射关系，并基于双目重建点在投影仪图像中的重投影误差最小化目标函数来求解温漂补偿后的投影仪最优外参数。最后，以金属球和汽车零件作为被测对象进行实验验证，在不依靠标定板等先验信息及繁琐标定流程基础上，所提在线快速补偿方法可以使得双目点云与单目点云温漂量分别减小78.2%和94.3%，极大减轻了温度变化对于三重扫描点云数据拼接影响。
三重扫描 投影仪 正交条纹 温漂补偿 triple scan projector orthogonal fringe temperature drift compensation 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230456
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
电动化、智能化的光学显微成像系统需要能够实时测量系统的焦面漂移并进行校正，从而实现对活细胞的长时间观测和全片的病理切片扫描。设计一种探测非对称光束界面反射后的光斑位置从而进行焦面漂移测量的方法。利用ZEMAX软件光学仿真了反射光斑在不同离焦情况下的光斑形状，搭建了集成化的漂移测量模块并在商用正置显微镜上对其进行了验证。结果表明，针对60×浸油物镜，所提系统的漂移测量精度达250 nm，漂移校正的响应时间小于500 ms，满足了高分辨率长时间成像的要求。
光学系统 自动聚焦 轴向漂移 非对称光束 闭环反馈 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411014
华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心，湖北武汉 430223
激光陀螺长时间工作过程中零位保持不变对于捷联惯导有重要意义。介绍了影响激光陀螺零位的主要因素之一，并分析了导致激光陀螺长时间工作过程中产生零位漂移的机理。实验发现，激光陀螺连续工作 1个月，由正逆时针光束损耗差引入的零位漂移在 0.0053°/h左右，伴随正逆时针损耗差变化 8%左右。损耗差对激光陀螺零位的影响是长期的、缓慢的。若需要减小激光陀螺长期工作的零位漂移，则应当提高正逆行波损耗差的长期稳定性。
激光陀螺 零位漂移 损耗差 朗缪尔流效应 Fresnel牵引效应 RLG zero-bias drift loss difference Langmuir flow Fresnel traction effect
高温压电加速度传感器被广泛应用于振动与冲击测试、故障诊断与监测方面。针对传统压电加速度传感器灵敏度温度漂移过大的问题，该文设计了一种高温压电加速度传感器，该加速度传感器采用正负温度系数的压电元件堆叠设计，以抵消温度变化的影响，进而降低温度漂移。5层YCOB压电元件和1层GdCOB压电元件堆叠构成压缩型压电加速度传感器。应用ANSYS对传感器的性能进行仿真优化，并对提出的降低灵敏度温度漂移的方法有效性进行了仿真验证。结果表明,在常温~800 ℃全温度范围内，该传感器的灵敏度温度漂移小于±3%，其具有高温稳定性好、测量精度高的优点。
高温压电 加速度传感器 灵敏度温度漂移 正负温度系数 high temperature piezoelectric accelerometer sensitivity temperature drift positive and negative temperature coefficient
1 北京信息科技大学 传感器重点实验室，北京100101
2 北京信息科技大学 自动化学院，北京100101
温度影响加速度计的性能，误差来源主要由石英材料及封装工艺产生的热应力引起。针对加速度计温度漂移现象，该文介绍了集成式石英谐振加速度计低温漂结构设计和补偿方法。首先通过对称的差分结构消除一阶温度系数，并进行工艺优化，降低封装工艺对谐振器产生的热应力；其次采用随机森林拟合算法建立温度模型来补偿加速度计的温漂。在-20~80 ℃温度范围内对加速度计样机进行温漂测试，结果表明，工艺优化及补偿后的样机偏置稳定性提高了一个数量级。
谐振式加速度计 差频 温度补偿 低温漂 随机森林 resonant accelerometer difference frequency temperature compensation low temperature drift random forest
1 天津职业技术师范大学 机械工程学院，天津 300222
2 天津职业技术师范大学 机械工程学院，天津 300222天津市高速切削与精密加工重点实验室，天津 300222
为了能够实现高精度的微纳米级转动，该文基于柔性铰链设计了一种单压电陶瓷驱动的纯转动微定位平台。平台采用圆周阵列式柔性梁实现运动导向与解耦，通过杠杆机构增大动平台转动行程。首先通过有限元仿真验证了圆周阵列式柔性梁对动平台轴心漂移的抑制作用，然后通过实验对其运动特征进行测试与分析。测试结果表明，该机构具有良好的回转精度，在x轴正方向轴心漂移量为0~0.23 μm，y轴负方向轴心漂移量为0~4.59 μm，旋转弧度可达916 μrad，旋转精度为0.53 μrad。轴心漂移补偿后整体误差最大为4.9%。
压电陶瓷 微转动平台 柔性铰链 轴漂 旋转弧度 piezoelectric ceramic micro-rotational platform flexible hinge axial drift rotation radian
1 上海电力大学自动化工程学院，上海 200090
2 新南威尔士大学电气工程与电信学院，澳大利亚 新南威尔士州悉尼 2052
借助深度学习算法的非线性处理能力，提出基于注意力机制和长短期记忆（LSTM）网络的温漂预测模型，从而对法布里-珀罗（F-P）滤波器进行温漂补偿。针对温漂数据中复杂的时空信息，采用LSTM提取时间信息，利用注意力机制分配空间权重。实验结果表明：在升温-降温-升温环境下，所提方法和LSTM模型的最大波长漂移误差分别为6.75 pm和16.64 pm；在单调降温环境下，两种方法的最大波长漂移误差分别为5.39 pm和14.09 pm。所提方法在最大绝对误差（MAXE）、均方根误差（RMSE）和平均误差（MAE）上均优于最小二乘支持向量机（LSSVM）和循环神经网络（RNN）。
光栅 光纤光栅 法布里-珀罗滤波器 温漂误差 注意力机制 长短期记忆网络 光学学报
2023, 43(22): 2205001
1 上海电力大学自动化工程学院，上海 200090
2 新南威尔士大学电气工程与电信学院，澳大利亚 新南威尔士州悉尼 2052
首先，充分考虑温漂序列数据前后之间的强相关性，在对光纤法布里-珀罗可调滤波器（FFP-TF）的温漂进行建模的过程中引入时间权重的概念，为每个样本赋予不同的时间属性。然后，采用支持向量机（SVM）作为弱学习器对温漂样本进行建模，使用AdaBoost框架对多个SVM模型进行集成学习。在集成预测过程中，不仅每个模型的预测性能会影响样本的权重分配，而且样本的时间属性也会影响样本权重的更新。实验结果表明：在2 ℃的窄范围缓慢变温环境中，传统AdaBoost-SVM算法的最大温漂补偿误差为10.83 pm，而基于时间权重的AdaBoost-SVM的最大温漂补偿误差降低到7.04 pm；在15 ℃的温度范围下，传统AdaBoost-SVM算法的最大误差达到11.57 pm，基于时间权重的AdaBoost-SVM的最大误差仅为4.05 pm。与传统硬件方法相比，所提出的方法不需要额外硬件，为可调谐滤波器的温漂补偿提供了一种新的思路。
光栅 光纤布拉格光栅 法布里-珀罗滤波器 温漂补偿 时间加权 集成学习 光学学报
2023, 43(21): 2105001
上海工程技术大学电子电气工程学院，上海 201620
针对激光雷达因为颠簸等路面原因突然转向和做摇摆运动所造成的运动漂移问题，提出一种基于连续时间样条约束的改进激光里程计。在运动非连续性假设下，基于扫描关键帧和样条分割来提高点云匹配精度，然后添加样条约束，基于改进迭代最近邻（ICP）算法进行帧与地图匹配，有效抑制运动轨迹的漂移。在KITTI里程数据集和实验室采集的里程数据集上的实验结果表明，所提激光里程计改进算法分别使运动轨迹的全局平均误差降低了12.43%、29.40%。与目前基于几何特征的方法相比，所提改进激光里程计稳定且有效抑制了运动轨迹漂移，改善了激光里程计性能。
激光里程计 迭代最近邻 点云匹配 样条约束 轨迹漂移 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2212007
