为准确测量金属表面的受热形变, 基于激光电子散斑干涉测量原理搭建了实验平台, 实现了对金属受热形变的测量, 经过数字图像处理, 得到了金属表面形变的三维图形。为了优化测量效果, 依托现有条件对所用激光光源进行了处理, 并比对了不同粗糙度的物体测量效果。结果表明, 使用经小孔滤波处理后的激光光源, 可以得到效果更好的散斑图, 而且粗糙的物体散斑对比度较高, 可以有更高的测量准确度。所做工作可为测量金属表面形变提供实验方法, 同时为提高散斑测量精度提供参考依据。

斯密特棱镜的偏振像差导致了成像质量的下降, 对斯密特棱镜偏振像差的矫正效果的定量检测成为当务之急。Mueller矩阵法不仅可以用于斯密特棱镜偏振特性的分析, 而且可以作为斯密特棱镜偏振特性的表征和检测对象。采用双旋转延长器的结构, 通过两个四分之一波片的周期变化, 对入射光的偏振态进行调制, 用傅里叶级数法计算出斯密特棱镜Mueller矩阵元, 经分析计算和实验检测, 得到其对应两路径的位相延迟差和双向衰减率都明显不相同。用双向衰减率和位相延迟差表征斯密特棱镜的偏振像差, 数据直接来自Mueller矩阵, 直观、便捷是其最大的特点。

简要地论述了图像融合中主要的三种像素级融合算法, 即简单方法、基于塔形分解以及基于小波分解的融合方法, 在现有的红外与可见光图像融合方法之上, 提出了以边缘检测为基础的一种小波变换图像融合方法, 并对融合效果进行了评价。实验结果表明, 经该方法对红外与可见光图像的融合可以提供更多、更有效的信息, 提高了图像的分辨效果和人眼对场景目标的发现和识别概率, 融合效果较为理想。

三角函数与反三角函数作为基本初等函数, 在光学条纹图像分析中有着广泛的应用。在某些特定情况下, 如硬件计算或要求快速计算时, 可以通过逼近函数来计算其近似值。现讨论三角函数及反三角函数的最佳逼近方法。基于∞范数, 选择特定区间推导函数的最佳逼近多项式, 给出了多项式的系数与最大逼近误差;再利用三角恒等式将其推广至函数的整个定义区间, 得到了各三角函数与反三角函数的分段逼近多项式。并且将其结果用于条纹图像的分析, 以实验证明了所述方法的有效性。

表面等离子共振(SPR)是一种入射光照射到金属表面, 导致金属表面产生等离子共振, 反射光强出现衰减的现象, 反射光强衰减程度与入射光波长、入射角及金属表面补测物质的折射率有关。根据这原理研制的SPR生化分析仪, 在检测、分析分子间的相互作用等方面有着广泛的应用。针对HPSPR-6000生化分析仪的工作原理、技术参数、检测方法进行了详细的介绍, 在芯片表面生长磺胺二甲嘧啶-BSA, 并检测生长过程的响应信号, 同时还对磺胺二甲嘧啶抗原与抗体在芯片表面的结合响应信号进行了检测。

蓝牙作为一种短距离的无线通讯技术已经在电子设备中得到了广泛的应用, 能够将不同的设备连接起来, 摆脱了传输线的限制。基于Android系统蓝牙编程的研究较少, 因此对Android系统蓝牙协议栈进行了简单的介绍, 对蓝牙开发流程进行了分析, 并在此基础上实现了Android系统与单片机之间的蓝牙通信, 控制步进电机运转。实际应用表明:该系统能够通过蓝牙准确地发送、接收数据, 控制精度高、稳定, 时间响应快。

随着激光技术的不断发展, 激光被应用于各个领域。针对激光在监听方面的应用, 提出用光电检测原理设计并制作了一套音频监听及定位系统。将系统放置于室外距离目标10 m处, 发射两束平行的激光到窗户的玻璃上并通过由两个传感器组成的接收系统来接收反射的光斑。由于室内传播的声波遇到玻璃并使其产生微小机械振动, 故导致进入硅光电池的光斑发生微小位移。通过采集变化的光电流信号, 还原室内声音信号内容, 达到监听、定位、记录的效果。在理论分析的基础上, 通过实验达到了验证效果, 并以提高监听质量为目的进行方法探索, 得到较好的结果。

共聚焦显微镜以其高对比度、高分辨率及可重建三维图像的独特优势, 在生物医学研究、微细加工、半导体和高分子材料的生产检测等领域获得广泛应用。常用的共聚焦技术方法有:传统的激光扫描共聚焦显微镜(LSCM), 其特点是获得的图像对比度和分辨率高, 但需要逐点扫描, 帧成像时间长, 系统复杂, 体积大, 价格昂贵;碟片共聚焦显微镜(SDCM)是采用多光束扫描的方法来获得共聚焦图像, 速度可以大大提高, 但牺牲了共聚焦图像的分辨率, 系统更为复杂, 且不能调整轴向分辨率;结构光显微镜(SIM)具有方法简单, 可模块化设计, 成本低, 成像质量接近于激光扫描共聚焦显微镜, 成像速度快, 性价比较高。

针对光学系统像差的判定问题, 提出从理论上对各种像差的剪切干涉图样进行仿真分析。此分析依据波像差理论, 结合剪切干涉在像差测量中的应用, 建立波像差与干涉条纹的联系, 采用计算机仿真手段对光学系统各种像差的典型剪切干涉图样进行了模拟, 包括初级像差和二级像差。仿真结果表明, 各种初级像差和二级像差均有其各自的典型剪切干涉图样, 根据特征图样可以直接判定主要的像差种类。研究所得出的各种像差典型干涉图可为判断光学系统存在哪种像差提供参考与依据。

设计了空间光学遥感器的运动学支撑方案, 以解决遥感器的安装和精密定位。首先介绍了约束螺旋理论, 主要包括螺旋的概念, 修正的K-G公式及公共约束和冗余约束的物理意义。然后提出了3-RRR空间并联机构的运动支撑方案, 采用约束螺旋求解法分析理想状态各支撑分支对工作平台的自由度约束问题, 以及各分支运动链共同作用到工作平台后产生的公共约束和冗余约束, 引入实际情况中的微米级铰间隙, 分析其对自由度分配的影响, 比较理想情况和实际含间隙情况下工作平台具备的过约束数目的差别。最后运用欧拉公式优化杆件结构, 优化后支撑杆件采用空心矩形截面, 在不影响运动副工作的同时缩短杆件长度, 增强支撑结构的稳定性, 完成空间遥感器运动学支撑方案设计。实验结果表明:遥感器沿各轴位移都在0.01 mm数量级, 绕x, y, z轴转角分别为3.95″, 1.86″, 1.81″, 该方案满足了对空间光学遥感器的支撑和定位要求。

数字相移测量的主要误差来源于由数字投影机引入的Gamma(γ)畸变。投影范围内的γ非一致性使得基于单一γ的校正技术和相位误差补偿技术存在较大残余误差。在分析γ非均匀分布的基础上, 提出了基于像素的相位误差查找表补偿方法。该方法根据像素自身的γ, 动态地建立相应的相位误差查找表, 进行相位误差补偿, 有效提高了补偿精度。对实际测量结果做了分析并与基于单一γ的方法进行了比较, 证明了基于像素的相位误差查找表补偿方法能够获得更高的精度。

利用数字式全光纤电流检测系统抗干扰能力强、完全电气隔离等优点, 在光纤电流传感器原理的基础上, 研究了一种小巧的、适用于高压端大电流检测的基于法拉第磁光效应偏振态调制的数字式全光纤电流检测系统, 改进了目前电力系统中使用的传统电磁式电流互感器。该研究应用保偏光纤有效抑制光纤中固有的线性双折射, 使用琼斯矩阵对光纤系统进行分析, 利用MATLAB仿真软件进行系统仿真, 通过理论分析和系统仿真验证了由数字式全光纤电流互感器测得的电流值与电流的实际大小一致, 所建立的系统数学模型和仿真模型正确可行。

采用泰曼-格林干涉原理设计研制了一种非接触在线球面干涉仪, 该干涉仪中的CCD摄像头可产生分辨率比较高的干涉条纹图像。重点介绍了用MATLAB图像处理软件对该干涉条纹图像进行数字化处理的基本方法, 通过对干涉条纹图像进行预处理、提取骨架, 最后用Zernike多项式拟合出被检球面的波面函数, 计算出PV和RMS。通过MATLAB编程实现了对该球面干涉仪检测信号的自动化处理。

为了实现通信处理器模块通信的功能, 在实时操作系统uC/OS-II和ARM7内核的软硬件平台上, 通过移植LwIP到ARM开发平台提出了一种支持多线程实时应用的嵌入式TCP/IP协议栈的方案。在通讯应用层上, 将Modbus帧嵌入到TCP帧中, 分析研究Modbus/TCP协议通信结构模型, 最终简单可靠地实现了嵌入式Modbus/TCP通信协议。结果表明, 结合Modbus/TCP通信协议, 可通过创建多个线程函数, 稳定有效地实现Modbus/TCP客户端/服务器端之间数据的传送。

针对电力电缆安全监测的应用需求, 提出了一种以拉曼分布式光纤温度传感技术为核心的分布式光纤载流量/温度安全监测系统设计方法。该系统利用拉曼分布式光纤温度传感器对电网中的电力电缆线路的温度、载流量等运行状况进行全方位实时智能监测。试验结果表明, 该系统可实现20 km的电缆导体温度和载流量运行状态监测预警, 计算导体温度与实测导体温度最大偏差不超过1 ℃, 定位精度0.5 m, 采用有限元算法得到的电缆温度和电缆载流量的对应关系与实际情况基本吻合。

火焰光度计主要用于检测溶液中碱金属离子浓度, 在医疗、农业、工业中有着广泛的应用。目前, 火焰光度计主要采用单片机电路或通用集成电路构成控制系统, 由于系统可扩展性差, 标定操作复杂, 提出了采用S3C2440作为火焰光度计控制系统核心器件的改进方案, 采用Linux嵌入式操作系统、触屏操作界面, 用软件实现标定。详细分析了火焰光度计的工作原理、控制系统的硬件设计以及软件实现。整个系统稳定可靠、人机界面友好、操作简便、功耗低和智能化程度高。

介绍了一种基于微型光纤光谱仪的LED特性检测仪器的设计原理。为了降低积分球测量光通量中所引起的自吸收误差与温度升高对LED光通量的影响误差, 选取将LED与探测器成90°放置的解决方法。同时, 光谱仪模块采取非对称交叉式Czerny-Turner分光结构来达到微型化高分辨率的目的。基于正向电流对LED光通量的影响, 提出可调可显示的恒流源的设计。研究结果对研制检测LED特性的微型检测装置具有一定的指导意义, 由于恒流源电流的可读可调节的设计, 电流变化对LED光学特性的影响可以较为清晰地体现出来。

在17~19 nm波段, 利用直流磁控溅射技术将Al(1%wtSi)/ Zr多层膜镀制在掺氟的二氧化硅基底上, 基于原子力显微镜对不同膜对数(N=10, 40, 60, 80)表面粗糙度的测量结果, 将多层膜的生长模型应用于实际结果中, 对表面均方根粗糙度随着膜对数的变化进行了深入的分析, 并对Stearns粗糙度动态生长理论的适用条件作了补充性讨论。