鉴于激光波长相对固定的特性,采用一种新的测量激光光色性能测量方法,设计出基于单片机的手持式高精度激光光色性能测量系统。该系统可实现不同波长激光光色性能测量,通过系统初始化时波长输入来提取相应光谱三刺激值,而后进行参数计算。对测量系统进行了实验误差分析,由系统验证结果及误差分析表明,该系统可实现低成本制作,所述测量原理能完成对色空间坐标、光照度、色温等光色性能参数的高精度测量。

利用由液晶可调滤波器(liquid crystal tunable filter,LCTF)和单色CCD相机组成的光谱成像系统对甘蓝正常叶片和遭受小菜蛾虫害甘蓝叶片的光谱特征进行分析,获取了430～720 nm每隔5 nm波段的灰度值信息,并采用自适应波段选择方法提取出了两种叶片的特征波段,通过欧氏距离聚类方法对所提取的特征波段进行聚类分析。结果表明甘蓝正常叶片在545 nm、645 nm、650 nm、655 nm波段具有较大光谱信息量,而虫害叶片在550 nm、555 nm、575 nm、585 nm、715 nm波段有较大光谱信息量。因此,可以利用LCTF快速地检测出植物是否遭受虫害,为农业虫害检测提供了一种新方法。

为进一步研究油气水三相流产出剖面测井中光纤持气率计在高含水情况下的响应规律,在大庆油田多相流实验装置上进行了动态实验研究。实验结果表明,当油的流量一定,高含水的情况下,气量在5～10 m3/d变化时测量持气率值与实际持气率值之间误差变化较大。气量大于10 m3/d时误差变化较小,说明该仪器适合测量气量在10 m3/d以上的混合流体。此结果对光纤持气率计的进一步优化设计提供了实验依据。

针对全息材料的热膨胀,研究了温度变化时,全息光栅条纹结构的变化情况并对多块不同制备条件下记录的反射型全息光栅进行20 ℃到80 ℃间的温度特性测量。测量结果表明,反射型全息光栅的衍射布拉格峰随温度变化而平移,最大衍射效率也因此改变。此外,反射型全息光栅对温度变化的敏感性与其条纹周期有关。

在FPGA平台上实现基于光流法的视频运动目标跟踪系统,采用Lucas-Kanade算法进行光流场的计算,在图像预处理阶段提出使用三维高斯滤波代替传统二维高斯滤波,引入相邻像素点在时间轴方向的相关性,增强图像的滤波效果。在3D导数计算阶段提出在求导方向的正交面上进行平滑滤波,并采用匹配的导数和平滑参数,提高光流场计算精度。在FPGA平台上设计多级主流水线加子流水线结构,设计了四端口RAM进行图像缓存,优化了最小二乘矩阵单元和浮点数运算单元,实现了实时视频运动目标跟踪。

多光谱成像系统会改变输出光的波长,这就导致图像在不同波段下形成了不均匀亮度(阴暗图像和高亮度图像),严重影响了特征波段提取与测量。为了提高各波段的有效利用率,引用了一种增强多光谱灰度图像清晰度的有效方法。通过非线性的偏微分方程扩大梯度空间、保留梯度值较大的边缘,增强图像的纹理细节。由于多光谱图像阴暗波段的纹理较弱,不容易辨别其所有信息,为了更好地使增强效果完全体现出来,使用直方图均衡化来调节亮度的不均匀性。最后,通过人眼视觉的定性和客观函数的定量两方面对该组增强图像的清晰度进行了评价。结果表明:该方法能够有效地协调各波段的多光谱图像清晰度,并且图像的增强效果也非常明显。

提出一种合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)原始数据幅相(amplitude and phase,AP)变换域压缩算法,该算法首先把以幅度、相位形式表示的SAR原始数据做离散余弦变换以降低数据间的相关性,并使数据的统计特性符合高斯分布,再对变换系数进行网格编码量化(TCQ)。对实测SAR数据进行了实验,结果表明该算法能够有效地控制相位精度,在同等量化标准下,平均误差和相位误差有了一定的降低,数据相似度、数据信噪比、图像信噪比等指标都有相应的改善。

介绍了自然旋光与法拉第效应偏转角的测量方法,讨论了两种效应下偏转角的影响因素,说明了两种效应的应用领域。由分析得到:自然旋光偏转角的大小只与晶体有关,与磁场无关,而旋光方向与光的传播方向有关;法拉第效应偏转角的大小正比于磁感应强度,其偏转角旋光方向只与磁场方向有关,与光的传播方向无关;光往返通过自然旋光晶体时,偏转角相互抵消,磁致旋光晶体偏转角则实现累加。利用晶体的法拉第效应,可将其制成光学隔离器或单通光闸等器件。

阵列波导光栅(AWG)与光纤列阵的对接耦合是AWG芯片模块化的核心工作。传统的对接耦合方法是利用手动调芯技术进行对接,但是这种技术存在耗时久,精度低等缺点。为此开发了一种采用质心调芯法和遗传算法的自动调芯耦合技术,该技术具有对准精度高、重复性好、效率高等优点。实验结果显示,使用这种自动调芯耦合技术制造出的48通道AWG器件每个通道的最大插入损耗为4.65 dB,满足目前最大插入损耗小于5 dB的行业标准。

采用FPGA为控制核心的多功能音乐控制系统,对声卡的数据进行光纤传输,通信符合AES10协议。通过FPGA的强大功能对其数据进行编解码,再与多达32个音频设备(包括左右声道)进行IIS协议通信。本设备完成了多功能音乐控制设备的功能,并在Quartus II环境下做了综合与仿真,达到了预期稳定的效果,为将来的音乐与计算机的有机结合提供了良好的平台。

高性能X射线聚焦光学元件是实现亚微米分辨率微束X射线荧光分析系统(XRF)的关键器件。给出一种新型的微束XRF系统设计结构,介绍两种典型的X射线聚焦光学元件:X射线聚焦毛细管透镜和X射线组合折射透镜的结构与光学参数。数值计算比较了X射线聚焦毛细管透镜和X射线组合折射透镜的光学聚焦性能。分析结果体现了X射线聚焦组合透镜作为聚焦光学元件在焦斑大小、透过率、强度增益和检测范围等方面的优势。

为了研究大功率光纤激光焊在304不锈钢上的焊缝成形,使用5～7 kW的激光功率,10～100 mm/s的焊接速度在16 mm厚的304奥氏体不锈钢上进行全覆盖参数试验。随后观察了焊缝的熔深、熔宽、焊缝形状等成形参数。结果表明,焊接速度低于20 mm/s时,焊缝表面会形成隆起,熔深随速度减慢,迅速增加;焊接速度在30～40 mm/s时,焊缝表面变得凹凸不平且两边存在咬边,熔深随速度减慢且小幅增加;焊接速度介于50 mm/s和90 mm/s之间时,焊缝的熔深和熔宽几乎不变;而当速度达到100 mm/s时,熔深急剧减小,且钉头形焊缝的形状发生了很大的改变。通过以上试验结果结合小孔效应和熔池特性分析了激光焊缝的成形机理,对大功率光纤激光焊接形成了更全面的认识。

旋光度是反映物质旋光性质的指标,通过测定旋光度,可分析物质的浓度、含量、纯度等。SGW-5多波长自动旋光仪利用平面偏振光和法拉弟磁光效应测量旋光物质在特定检测波长和温度下的旋光度。为了满足SGW-5的功能需要,采用了带WINCE嵌入式系统的平板电脑和STM32单片机相结合的硬件系统,并对该系统进行软件设计。该软件设计在几个方面有一定特点,达到了仪器的性能指标要求。

微弱光信号检测电路应用在许多精密测量仪器中。针对微弱光强信号放大采样问题,分析了传统光电检测电路存在的不足,采用S2387系列光电二极管,结合多级放大电路与T型反馈电阻网络,设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路。基于对实验数据的分析,通过对前后级放大倍数的合理分配,该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求,简洁可靠,适合于光强和波长变化范围大的微弱荧光、散射光和反射光检测。

基于Altera公司FPGA芯片,提出了一种基于双频激光干涉仪系统中数字相位计的实现方法。该相位计用于测量系统中被测信号 和参考信号之间的相位差角度,间接测量激光干涉仪的光程差信息。被测信号经过光电接收器以及A/D模数转换成数字信号送到FPGA芯片中,与FPGA内建的查找表参考信号做正交相关法解调运算,得到一组X-Y值,再利用CORDIC算法计算 arctan函数获取相位差,最后计算出干涉仪的光程差,算法的全过程使用FPGA硬件实现。实验结果表明,该相位计使双频激光干涉仪的相位差测量精度在0.01°以内。

由于传统磁光调制实验仪在实验过程中需要手动调节偏振片并人为估计最佳位置数据、描绘图像,实验显示效果不直观,精度低。针对这一问题,利用光电技术结合计算机控制技术对其进行了改进。结果表明:改进后的实验仪实验结果直观,实验数据精确,实用性强。

针对太阳能会聚镜产品出厂检测的需要,以及传统人工检测方法对技术人员技术的高要求和检测易受天气条件的限制,对太阳能会聚镜检测进行了深入的研究,基于PLC控制技术和图像处理技术,开发了太阳能会聚镜在线检测系统。介绍了一种太阳能会聚镜快速检测系统通过控制装有一组平行排列激光头的横梁上下运动,来模拟太阳光照射,通过摄像头捕捉位于反射镜焦点的光靶成像,计算出反射镜成像偏差,进而对反射镜的状态进行评估。通过该系统,实现了对太阳能会聚镜的同步、实时快速检测。

针对离轴三反(TMA)结构相机消杂光问题,提出结构优化设计方法,即采用三种措施对关键表面结构进行优化设计,在弱化或遮挡杂散光路的基础上开展精细化仿真,降低关键表面的双向反射分布函数(BRDF)。结果表明:在关键表面添加挡光板组的方式可以获得极佳的抑制效果,降低消光漆的使用要求,减少工艺难度。

设计了一种基于STC单片机的挥手速度测量装置。本装置有两个反射式红外传感器,当手经过传感器时,手的位置信息变成电压信号触发STC单片机的两路外部中断、实现计时;再根据两个反射式红外传感器之间的距离和手经过的时间差,计算出挥手平均速度,并通过LED数码管显示出来。实验表明,该测试装置具有简单可靠,成本低,使用方便等优点。