1 常州工学院光电工程学院，江苏 常州 213032
2 南京大学智能光传感与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210093
3 得克萨斯州立大学英格拉姆工程学院，美国 得克萨斯78666
噪声的抑制对于相位光时域反射仪实现相位信号的精确测量至关重要。为此，在相干探测型相位光时域反射仪中采取了幅度形式噪声抑制和相位形式噪声抑制的双层处理方法，并且在“慢时间轴”和“快时间轴”两个方向上对相位形式的噪声进行抑制。首先，在正交解调时采用数字低通滤波器抑制幅度形式的噪声，以正确求解未解缠绕的包裹相位；接着，在“慢时间轴”方向上采用小波分解与重构的方法实现噪声的抑制，并借助相干探测型相位光时域反射仪相位变化线性分布的空间特征和噪声的随机性同时结合相关计算获得最佳小波分解层数；最后，在“快时间轴”方向上使用整体最小二乘的数据拟合方法进行噪声的抑制。实验结果表明：采用三重降噪得到的相位信号的均方根误差为0.17832 rad，比没有采用“慢时间轴”小波降噪的二重降噪方法降低了23.3%。这表明使用包含“慢时间轴”方向小波降噪的三重降噪方法能够实现更精确的相位信号测量。
光纤光学 光纤传感 相位光时域反射仪 定量测量 噪声抑制 小波降噪
1 常州工学院光电工程学院，江苏 常州 213032
2 南京大学智能光传感与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210093
3 德克萨斯州立大学英格拉姆工程学院，德克萨斯 圣马科斯 78666
在相位光时域反射仪中引入等时分双频光，提高扰动信号采样率，降低相邻相位的绝对差值，从而使得相位解缠绕正确实现，进而精确重构相位信号。然而，引入双频光使得初相位的不一致变得更加复杂，以致相位信号无法精确重构，即扰动信号的采样率难以真正得到提升。为此，在等时分双频光相位光时域反射仪中，基于模值最小值的乘积来快速确定参考位置并补偿脉冲序列方向初相位的不一致，对光纤长度方向初相位的不一致进行二次静态补偿。在实验中，当外界扰动为700 Hz的Burst信号时，使用单频探测脉冲光已无法进行正确解缠绕，而使用双重静态补偿方案的等时分双频光相位光时域反射仪却能够精确求解出Burst信号，且正弦部分的均方根误差仅为0.3872 rad，即在相位光时域反射仪中实现了信号采样率的双频光倍增和相位信号的精确重构。
光纤光学 光纤传感 相位光时域反射仪 定量测量 双频光 精确提取
1 西安培华学院智能科学与信息工程学院，陕西 西安 710125
2 西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
3 西南石油大学电气信息学院，四川 成都 610500
为实现无标记样本的定量检测，借助NX12.0搭配相关器件自主设计了一款小型化相位显微镜。相较于市面上售价高昂的相位显微镜，所设计显微镜无需相干器件，且在满足系统分辨率的前提下，将体积缩小了约60%，大幅提高了便携性，同时成本仅需5000元左右。系统中还嵌入了自动对焦算法和基于变换域的视场校正算法，以加快检测速度和相位恢复的准确率。经测试，系统在10倍物镜下的分辨率达到了分辨率板极限2.19 μm，同时随机相位板的检测表明相位恢复的准确率也达到了基本需求。除此之外，还对活细胞结构和平面玻璃的缺陷进行了测试。结果表明，所提系统不仅能对活细胞进行较好的定量测量，还可以在透明/半透明平面缺陷的检测中发挥重要作用，更是证明了这种成本低、便携性高、可实现无标记样本定量的系统设计方案的可行性。
成像系统 相位显微镜 无标记检测 活细胞定量测量 平面缺陷检测 3D光固化技术 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2211005
1 中北大学先进制造技术山西省重点实验室, 山西 太原 030051
2 中国特种设备检测研究院, 北京 100029
3 中国科学院声学研究所, 北京 100190
为实现对表面缺陷深度的激光超声定量检测,建立了与缺陷宽度有关的深度测量理论。建立了含有宽度修正项的深度测量公式,并定义了缺陷尺寸比值概念,划分了窄缺陷、极窄缺陷与宽缺陷三种缺陷类型,以及在这三种不同类型下缺陷深度测量方法的适用性,并采用有限元仿真加以验证;搭建了激光超声检测实验平台,对铝合金表面缺陷样品进行了深度检测。结果表明:引入宽度修正项可实现对窄缺陷深度的定量检测,该方法的平均测量误差不足5%,很好地实现了缺陷深度的精确测量。
1 常州工学院光电工程学院, 江苏 常州 213032
2 南京大学智能光传感与调控技术教育部重点实验室, 江苏 南京 210093
3 美国佐治亚理工学院计算机科学系, 美国 亚特兰大 30332
本文提出一种基于辅助光的相位展开的新方法,用来打破传统相位解缠绕算法的限制条件,进而扩大相位信号的测量范围。首先基于相干探测型相位光时域反射仪中缠绕的统计相位,可以求解出参考位置和后续位置之间缠绕的差分相位。然后基于联合脉冲序列按照传统相位解缠绕算法展开缠绕的差分相位,将展开的差分相位求解得到的相位变化曲线叠加在一起。正确实施了传统相位解缠绕算法的光纤位置可以由叠加的相位变化曲线的线性特征获取,因而,基于相位变化的线性特征可以正确地获取扰动源所对应的相位信号。在实验中,一个相邻采样点之间最大绝对相位差值为3.7154的相位信号能够被完美地重构出来。
光学学报
2021, 41(13): 1306023
1 试验物理与计算数学重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100024
利用膨胀管对宽度为45 mm和90 mm的半圆柱模型进行了地球再入高超声速流动试验,再入速度为8 km/s。试验利用配有ICCD相机的光谱仪, 测量了具有空间分辨的激波后辐射光谱, 光谱范围为250~550 nm, 得到了沿流体方向的激波辐射轮廓线。分析发现在该光谱范围内辐射主要为CN(B-X)带系分子光谱。利用卤钨灯对该波段光谱进行定标,得到了激波层辐射的绝对辐射亮度。通过采用两种模型辐射亮度对模型宽度归一化后发现, 绕流场高温气体辐射存在较强的自吸收现象, 同时观测到了绕流场激波的三维效应。通过实验发现,CN(B-X)Δv=0带系的3-3振动带系385.2 nm波长位置和0-0带系388.4 nm波长位置辐亮度之比随着流场靠近模型边缘而逐渐下降, 这表明激波层内辐射的动态非平衡特征。
膨胀管 高超声速流动 辐射定量测量 expansion tube hypersonic flow absolute radiation measurement
1 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 四川物科光学精密机械有限公司, 四川 绵阳 621900
为了研究纹影系统的温度场定量测量技术, 本文详细阐述了纹影技术的定量测量原理, 并通过分析流场纹影图像灰度大小与未被遮挡的光源像面积的关系, 提出了一种新颖的流场温度定量测量的计算方法。首先, 在光学平台上搭建了透射式纹影系统, 将加热平台放置在该系统的测量区域, 利用CCD相机将采集到的纹影图像上传到上位机进行图像处理, 然后采用该算法计算得到温度场的测量值, 并与热电偶的测量值相对比。实验结果表明: 在室温20 ℃时, 将加热平台的温度分别设定为50 ℃和90 ℃, 纹影系统测量得到的温度值相对误差小于10%, 证明了该计算方法的可靠性, 实现了以纹影技术为基础的温度场定量测量。
纹影 定量测量 流场 图像灰度值 schlieren quantitative measurement flow field image gray magnitude
装备学院激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
为了探索激光吸收光谱技术在非均匀流场中的应用, 提出了一种新的实现非均匀流场中气体参数定量测量的方法。 预知被测流场中的温度变化范围后, 选择在该温度范围内具有近似线性变化特性的谱线, 线性拟合该温度范围内的谱线强度, 结合实验测量的吸收光谱便可以实现非均匀流场中H2O组分权重的温度积分平均值和H2O组分积分平均值的定量测量。 两温度分布和高斯温度分布模型的仿真研究证明了该方法的有效性和可靠性。 两温度分布模型中的测量结果与理论值的偏差分别小于082%和110%, 而高斯温度分布模型中不同光线中的测量值与理论值的最大偏差分别小于09%和36%。
激光吸收光谱 非均匀流场 气体参数 定量测量 Laser absorption spectroscopy Non-uniform flow Gas parameters Quantitative measurement 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2004
1 中国航空综合技术研究所, 北京 100028
2 北京市第五十五中学, 北京 100027
为了确定各红外热成像定量测量方法在深度定量测量方面的检测能力,对深度定量测量方法原理进行了分析,并进行了实验研究。通过在碳纤维层压板反面制作平底孔的方法制造已知深度分层缺陷,采用红外热成像方法对已知缺陷进行检测,从理论上分析温差峰值时间、对数温度偏离时间以及对数温度二阶微分峰值时间与缺陷深度的关系,通过分析确定温差峰值时间法、对数温度偏离时间法、对数温度二阶微分峰值时间法对深度进行定量测量方法的适用性,并利用上述方法对已知缺陷进行深度定量测量分析,确定不同方法对深度定量测量的检测适用性及检测能力。实验结果表明,温差峰值时间法测量深度达到2 mm,对数温度偏离时间法测量深度达到4 mm,对数温度二阶微分峰值时间法测量深度达到5 mm,同时对数温度二阶微分峰值时间法受三维热扩散影响小,检测无需选择参考区域。因此,对数温差二阶微分法所能测量的缺陷深度最大,准确性更高。通过对不同方法进行应用分析,能够明确不同深度定量测量方法的适用范围与检测准确性,为主动式红外热成像方法的定量检测提供依据。
光学应用 红外热成像 无损检测 深度检测 定量测量 检测应用 applied optics thermography non-destructive testing depth detection quantitative detection testing application
