作者单位
摘要
1 重庆交通大学 河海学院,重庆 400074
2 重庆科技学院 建筑工程学院,重庆 401331
3 枣庄学院 城市与建筑工程学院,枣庄 277160
4 中国建筑第五工程局有限公司,长沙 410004
为了同时确定监测结构的位移大小和方向,提出了一种基于光纤光栅组合的大量程、结构简单的机械传感装置。该传感装置以U型不锈钢结构组合光纤光栅为核心传感单元,以杠杆杆件来传递位移,测点位移大小和方向可以通过杠杆杆件两侧的U型不锈钢结构上的光纤光栅波长漂移计算得出。开展了传感装置6组辅助结构(核心传感单元)的标定试验,结果表明所有传感单元均具有较高的线性度,测量范围为0~140 mm,灵敏度为4.362 pm/mm,迟滞性误差为3.25%,重复性误差为6.62%。将传感装置用于室内堆积体边坡模型试验中,研究它们在土体连续滑动变形过程中的监测性能,并与粒子图像测速技术测量的土体位移变化进行比较,两种技术数据上呈现出较好的一致性、吻合度较高,表明所研发的光纤光栅矢量位移测量传感装置能够准确捕获坡面矢量变形,在智能监控领域有广阔的应用前景。
光纤布拉格光栅 位移传感装置 二维位移 大量程 结构监测 Fiber Bragg grating Displacement sensing device Two-dimensional displacement Large range Structural monitoring 
光子学报
2024, 53(2): 0206005
魏佳男 1,2刘虎林 2陈萍 2,3,*李阳 4[ ... ]赵卫 2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院大学,北京 100049
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 超快诊断技术重点实验室,西安 710119
3 山西大学 极端光学协同创新中心,太原 030006
4 西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,西安 710024
5 装备发展部某中心,北京 100034
结合理论分析与实验测试,研究了在可见光脉冲输入条件下频率以及第二片微通道板与阳极之间电势差对微通道板光电倍增管动态范围的影响。研究结果表明:随着信号光脉冲频率的增大,微通道板壁面电荷补充不充分致使阳极输出偏离线性,并逐渐趋于饱和。当输入可见光脉冲宽度为50 ns,频率为500 Hz时,阳极的最大线性输出达到2 V(即40 mA);当输入光频率增加到1 000 Hz,阳极输出在1 V(即20 mA)时线性偏离程度达到10%以上;当输入光频率增加到5 000 Hz,阳极输出在0.3 V(即6 mA)时线性偏离程度达到约15%。随着第二片微通道板与阳极之间电势差的增大,阳极最大线性输出电压呈现波动性变化而非与其呈线性关系。当第二片微通道板与阳极之间的电势差在200 V左右时,阳极线性输出电压达到峰值,随着电势差不断增大,阳极线性输出电压开始出现波动,在电势差为500 V左右时达到第二个峰值,这主要是由于极板间电场强度与空间电荷效应共同作用的结果。该研究可为提升微通道板光电倍增管的动态范围提供指导,便于其应用于强辐射脉冲测量、激光通信等领域。
微通道板型光电倍增管 动态范围 输入光脉冲频率 微通道板-阳极电压 线性偏离 Microchannel plate photomultiplier tube Dynamic range Input light pulse frequency Microchannel plate-anode voltage Linear deviation 
光子学报
2024, 53(2): 0204001
作者单位
摘要
哈尔滨理工大学 先进制造智能化技术教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
条纹结构光技术是近年来发展迅速的非接触式测量方法,为机械加工在机检测提供了新的解决方案。由于加工环境光线复杂且金属零件本身具有高反光的特性,造成结构光在机检测的精度降低。将高动态范围(High Dynamic Range,HDR)技术应用于结构光检测中,可抑制高反光的影响,实现金属零件在复杂场景的测量。本文首先介绍了结构光测量原理,总结出HDR结构光在机检测面临的难点;其次,对HDR结构光技术进行了全面综述,以机械加工在机检测为背景,对基于硬件设备的HDR技术和基于条纹算法的HDR技术分别进行了归纳分析;然后,根据在机检测的条件需求,对各类技术进行总结,并比较不同方法的优缺点和在机检测的适用性;最后,结合近年来先进制造技术和精密测量的研究热点,对潜在应用进行分析,提出技术展望。
三维测量 结构光 条纹投影 高动态范围 在机检测 three-dimensional measurement structured light fringe projection high dynamic range on-machine detection 
中国光学
2024, 17(1): 1
李则 1,2,3危峻 1,2黄小仙 1,2汤瑜瑜 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室,上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
3 中国科学院大学,北京 100049
逐像元自适应增益成像系统通过在每个像元的电子链路中集成四档不同容积的积分电容,可以在确保高信噪比的前提下实现大动态范围的遥感成像需求。此成像系统在发射前测试时,由于甚低增益(ULG)的动态范围过大而实验室积分球能量有限,只能通过与低增益(LG)的比例系数递推来间接对ULG后半量程的输出特性标定;星载太阳定标器反射能量过大会导致高增益(HG)和中增益(MG)输出饱和也无法直接测定辐射定标系数,只可通过比例系数推定。提出一种星上增益比例系数测定的方案,分别利用四档增益的输出作为特征对实验图像分类,将不同成像目标的输出码值作为多个定标能级,利用最小二乘法线性拟合相邻增益输出后得到相邻增益的比例系数。此方案验证了实验室增益比例系数测定结果,同时在外场成像实验中用该方法计算得到的比例系数用于相邻两档增益中较低增益图像反演较高增益图像,结果与实际较高增益图像对比归一化均方误差大部分小于0.01、两图像结构相关系数基本在90%左右、数据相关系数达到90%。证明该方法测定的相邻两增益比例相关系数有较高准确性,在星上辐射定标时用于高增益辐射定标系数的递推求取有极大的可行性,解决了星上不能直接对HG、MG辐射定标的问题。
星上辐射定标 增益比例系数测定 逐像元自适应增益成像系统 大动态范围 onboard radiation calibration measurement of gain ratio coefficient pixel -level adaptive gain imaging system large dynamic range 
红外与激光工程
2024, 53(2): 20230561
苏乐伟 1段存丽 1孙亮 2,*宋博 2[ ... ]王新伟 2,3,4
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
3 西安工业大学 光电工程学院,陕西 西安 710021
4 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
水下光学成像技术对于海底资源勘测、海洋生态监测、水下搜索救援、水下考古等应用具有重要意义。相比传统水下摄像机,距离选通成像技术可以过滤选通切片外的后向散射噪声和环境背景噪声,实现高质量水下成像,但是在浑浊水体中仍然会受切片内后向散射噪声影响,导致成像距离缩短。对此,开展了光学偏振与距离选通成像结合的水下偏振选通成像技术研究,利用后向散射光良好的保偏性去除选通切片范围内的后向散射噪声,提升目标识别距离。通过理论仿真和实验研究,对比分析了不同水质下距离选通成像和偏振选通成像目标识别距离的差异。发现存在临界衰减系数c0:当水体衰减系数小于等于c0时,光学偏振对于提升距离选通成像工作距离无效果;当水体衰减系数大于c0时,偏振可提升距离选通成像工作距离。实验中还发现,目标反射率会影响临界衰减系数。该研究有利于不同水质下距离选通成像的优化应用。
水下光学成像 偏振距离选通成像 距离选通成像 偏振成像 信噪比 识别距离 underwater optical imaging polarized-range-gated imaging range-gated imaging polarization imaging signal-to-noise ratio recognition distance 
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230372
雷经发 1,2谢浩然 1,2李永玲 1,3,*吴东 4[ ... ]赵汝海 1,2
作者单位
摘要
1 安徽建筑大学 机械与电气工程学院,安徽 合肥 230601
2 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室,安徽 合肥 230601
3 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室,四川 自贡 643000
4 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230026
为解决结构光测量高动态范围表面物体时出现局部过度曝光或曝光不足的问题,提出一种改进的多曝光融合方法,利用自适应曝光代替手动曝光,并对图像融合过程进行优化。首先,将初始曝光时间下拍摄的图像利用直方图进行分析,将被测物体表面反射率不同的区域分为若干组,分别计算出每个组别的最佳曝光时间;在此基础上,拍摄不同组别对应最佳曝光时间下投射白光和条纹的图像,并去除图像中超过设定阈值的高灰度值区域,再将投射白光处理后的图像制作成掩模图,与相同曝光时间下投射条纹处理后的图像相乘,进而对多组相乘后的图像进行亮度压缩与融合;最后,通过CLAHE算法提高融合后所生成条纹图的对比度与清晰度,并对条纹解相后进行点云重建和尺寸测量。实验结果表明:文中方法中自适应曝光相较于手动曝光具有高效性和准确性,U型卡、连接块、圆盘三个高动态范围表面物体的点云重建率分别高达99.98%、99.74%、99.76%,测量出的标准块阶梯高度差绝对误差为0.062 mm,相对误差仅为0.69%,该方法有效解决了高动态范围表面物体测量时点云缺失的问题,提高了三维轮廓的测量精度。
高动态范围表面物体 自适应曝光时间 多曝光融合技术 三维轮廓检测 high dynamic range surface objects adaptive exposure time multi-exposure fusion technology 3D contour detection 
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230370
作者单位
摘要
1 中北大学机电工程学院,山西 太原 030051
2 散射辐射全国重点实验室,上海 201109
3 中北大学信息与通信工程学院,山西 太原 030051
多模式探测成为目标探测识别领域重点发展的技术手段之一,其中视距模型的优选成为指导探测器件设计的重要依据。本文以飞翼布局的低特征飞行器为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)方法结合辐射平衡壁面模型预测本体温度,结合MODTRAN大气红外衰减数据库,采用视在光线(LOS)法计算考虑壁面遮挡效应的辐射传输,建立基于噪声等效辐照度(NEFD)、最小可探测温差(MDTD)和最小可分辨温差(MRTD)的地基探测视距模型,计算探测系统对低特征飞行器的最大探测距离和最大探测天顶角。结果表明:低特征飞行器在典型飞行工况下的光谱辐射强度在长波波段(8~12 μm)较中波波段(3~5 μm)辐射积分强度高出2个数量级;NEFD视距模型在长波波段的探测距离高出中波波段近1个数量级,MDTD和MRTD视距模型在中长波波段探测距离基本一致;三种视距模型在长波波段对应的探测能力依次为NEFD>MDTD>MRTD;在中波条件下MDTD视距模型的探测距离最大,对飞行器底部的探测距离约为57 km;MRTD视距模型在观察等级为辨认时无法辨别飞行器具体类型。该研究可为低特征飞行器的探测识别以及探测器的设计提供理论支撑。
视距模型 地基探测 红外辐射 低特征 探测距离 
光学学报
2024, 44(6): 0604001
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司第十一研究所固体激光技术重点实验室,北京 100015
为了解决静态目标高重复频率远距离激光相干测距过程中出现的多盲距点和距离模糊问题,对激光测距发射波形、本振波形以及解算方法进行研究。对发射波形和本振波形进行不同斜率的线性调制,将最远可测目标信息调制到本振光端,探测器对回波相干信号进行探测,采集卡进行数据采集。采用高精度的脉冲压缩数据处理方法得到匹配滤波结果,并进行距离解算分析。仿真和实验结果表明,该测距方案可以有效解决因高重复频率产生的距离模糊问题,同时避免因脉冲发射时刻光泄漏带来的多点盲距问题。在64 μs重复周期、2 μs脉宽发射信号和512 μs重复周期连续调频本振光条件下,实现模拟29.0525 km目标(延时光纤58.105 km)的探测。该方案可满足高重复频率远距离脉冲激光相干测距无模糊、无间断的测量要求。
遥感 高重复频率 本振调制 距离模糊 盲距 
中国激光
2024, 51(6): 0610003
王帅飞 1,2吴志勇 1,2,*吴佳彬 1陈云善 1,2[ ... ]宋一诺 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
为了解决电磁振镜系统中镜面大角度偏转难以测量的问题,设计了一种基于四单元光电探测器(PD)与LED的光电式镜面角度传感装置。首先分析了镜面角度检测的基本原理,基于LED朗伯辐射模型,建立了镜面偏转角度的真实值与解算值之间数学模型;其次以非线性度为评价标准定义了系统检测范围;然后仿真分析了探测器水平位置、镜面中心与LED距离和LED半功率角对系统检测范围的影响;最后搭建了实验平台进行验证。仿真及实验结果表明:所建立的数学模型对使用朗伯型LED进行镜面角度检测是有效的;通过减小探测器与LED之间距离、增加镜面中心与LED距离和增大LED半功率角,可以提高系统的角度检测范围。
四单元光电探测器 角度传感装置 朗伯辐射模型 角度检测范围 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512001
王前进 1,2孙鹏帅 2,*张志荣 1,2,3,4蔡永军 5[ ... ]吴边 2
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230031
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
4 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
5 国家管网集团科学技术研究总院,河北 廊坊 065000
针对石油化工、煤矿安全等领域对气体浓度宽量程检测的需求,对波长调制光谱检测气体浓度时的非线性特征进行了研究,提出仅用波长调制方法实现气体浓度的宽动态范围测量。该方法根据激光吸收光谱技术原理,对吸收项及其泰勒展开式进行分析,在小吸收度时采用线性近似,在大吸收度时采用三次多项式近似。并且使用甲烷气体(CH4)作为实验对象,搭建了CH4检测系统,验证了该方法在气体浓度宽量程检测方面的可行性。经过实验验证,该方法能够实现4个数量级大跨度范围(1.5×10-6~10000×10-6)的CH4检测。对阈值为1000×10-6(在3 m有效光程下吸收度为0.0236)以下和以上的气体体积分数分别进行检测,反演浓度和标准浓度之间均表现出良好的相关性,拟合优度均大于0.999。另外,在吸收度大于0.0236的范围内,该方法的最大测量相对误差为0.93%,绝对误差为-92.1×10-6。为了验证其稳定性,对体积分数为5000×10-6(吸收度为0.118)的CH4进行长时间测量,并统计其反演浓度的高斯分布,经过计算得到其半峰半宽为15.9×10-6。实验证明该方法突破了传统波长调制光谱只能测量低浓度的局限,在宽量程检测中获得了良好的检测结果,为气体浓度宽量程检测提供了一种新思路,同时也大大拓宽了波长调制光谱的应用范围。
光谱学 波长调制光谱 非线性特征 甲烷气体(CH4 宽量程检测 
中国激光
2024, 51(5): 0511001

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