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分段式空间光学系统机构位姿测量方法总结与展望
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作者 李禹辰 秦超 +1 位作者 安其昌 徐振邦 《应用光学》 北大核心 2025年第1期1-16,共16页
构建大口径分段空间光学系统是一项同时涉及光学、材料学、机械、控制学等学科的综合任务,为了达到观测目标,人们对空间光学系统光机结构的运动精度提出了极高的要求。目前,如何有效测量并修正空间复杂环境负荷变化导致的机构失调,从而... 构建大口径分段空间光学系统是一项同时涉及光学、材料学、机械、控制学等学科的综合任务,为了达到观测目标,人们对空间光学系统光机结构的运动精度提出了极高的要求。目前,如何有效测量并修正空间复杂环境负荷变化导致的机构失调,从而在位实现更高的位姿精度是有待解决的重要问题。依靠光学测量系统对空间机构实现高精度的在位测量是解决这一问题的关键,本文从不同测量维度、不同精度水平、不同测量原理的角度综述了相关精密光学测量系统的关键技术和研究现状,并对其发展趋势和在空间光学系统中的应用场景做了阐述和归纳。 展开更多
关键词 精密测量 光学测量系统 可展开分段式空间光学系统 机构位姿校正 辅助装调
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用于三角测量大数值孔径双远心光学系统设计
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作者 赵哲承 朱嘉诚 +3 位作者 刘雪峰 宋玲玲 陈新华 沈为民 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期188-195,共8页
测量不确定度是与测量结果紧密相关的重要指标,反映了仪器测量的稳定性。激光三角测量仪器的测量不确定度与成像光学系统数值孔径直接相关,增大数值孔径能够有效降低测量不确定度。为了满足高精度测量需求,应用二维Q-type多项式自由曲面... 测量不确定度是与测量结果紧密相关的重要指标,反映了仪器测量的稳定性。激光三角测量仪器的测量不确定度与成像光学系统数值孔径直接相关,增大数值孔径能够有效降低测量不确定度。为了满足高精度测量需求,应用二维Q-type多项式自由曲面,设计用于线激光三角测量仪的大数值孔径双远心Scheimpflug成像光学系统。首先基于三角测量原理和线激光三角测量仪指标分析成像光学系统参数,然后结合像差灵敏度分析以及自由曲面像差特性,确定成像光学系统中自由曲面的位置和数量并进行优化设计。设计得到系统的数值孔径为0.2,成像范围为10 mm×14 mm,调制传递函数(MTF)优于0.6,最大畸变为0.21%,远心度优于0.3°。该系统具有大孔径、成像质量好、畸变小、双远心的特点,能够满足高精度线激光三角测量仪的应用需求。 展开更多
关键词 线激光三角测量 光学设计 双远心光学系统 二维Q-type自由曲面
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基于里德堡原子单体和多体系统的电场测量
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作者 宋晓云 陈雪花 +2 位作者 贾春阳 丛楠 杨仁福 《量子电子学报》 北大核心 2025年第4期490-503,共14页
基于里德堡原子的电场测量,凭借其高灵敏度、大动态范围、宽频谱覆盖等特性,在电磁计量、频谱感知、雷电监测等领域具有广泛的应用前景,并有望成为下一代电磁信号接收的重要手段。随着理论和实验的不断发展,基于里德堡原子的电场测量灵... 基于里德堡原子的电场测量,凭借其高灵敏度、大动态范围、宽频谱覆盖等特性,在电磁计量、频谱感知、雷电监测等领域具有广泛的应用前景,并有望成为下一代电磁信号接收的重要手段。随着理论和实验的不断发展,基于里德堡原子的电场测量灵敏度正逐渐逼近量子噪声极限。本文概述了里德堡原子电场测量原理,综述了近年来里德堡原子的单体和多体电场测量方面的研究进展。到目前为止,研究人员在电磁诱导透明和Autler-Townes(AT)分裂的基础上不断优化电场测量技术,采用零差法、超外差技术、重泵浦以及六波混频等方案,将单体系统下的电场测量灵敏度提高到3.98 nV·cm^(-1)·Hz^(-1/2),相位测量灵敏度达到2 mrad。除单体系统外,基于里德堡原子的多体系统在相变点的临界性也被应用于电场测量,其测量灵敏度用Fisher信息表示,最新研究表明采用腔增强光学双稳态、随机噪声共振增强等方法可将基于多体的电场测量灵敏度提高6.6 dB,且对外界噪声具有鲁棒性。 展开更多
关键词 量子光学 电场测量 电磁诱导透明 里德堡原子 多体系统
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原子剪切干涉仪中探测系统倾角测量及其引入误差评估
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作者 庞宇轩 周璐 +7 位作者 闫思彤 蒋俊杰 何川 徐润东 张保成 周林 王谨 詹明生 《量子电子学报》 北大核心 2025年第4期504-515,共12页
原子剪切干涉技术是近年来快速发展起来的一种原子物质波干涉测量技术,由于具有高精度、实时测量等特点,因此在基础物理和应用技术等领域逐渐受到关注。在利用原子剪切干涉仪进行高精度测量时,探测系统的倾角是系统误差的重要来源之一... 原子剪切干涉技术是近年来快速发展起来的一种原子物质波干涉测量技术,由于具有高精度、实时测量等特点,因此在基础物理和应用技术等领域逐渐受到关注。在利用原子剪切干涉仪进行高精度测量时,探测系统的倾角是系统误差的重要来源之一。围绕这一问题,本文首先进行了理论分析,评估了探测系统倾角对原子干涉仪测量性能的影响;随后,分别采用铅垂线测量法和原子干涉相移测量法对处于系统安装和测量阶段的原子剪切干涉仪进行了倾角测量。在铅垂线测量法中,其倾角测量分辨率为0.6 mrad,考虑各类误差的影响,整体测量精度在1~2 mrad左右。在原子干涉相移测量法中,针对不同类型的原子剪切干涉仪,分别采用不同的原子干涉相移参考体系对探测系统的倾角进行了测量:针对用于重力、重力梯度、转动测量的单组分原子干涉仪,提出并实现了同步双内态探测的原子干涉相移测量法,其倾角测量分辨率为0.3 mrad,可使倾角对重力测量的影响降低到10-10g水平;针对用于等效原理检验的双组分原子干涉仪,提出并实现了可进行实时监测的交替探测原子干涉相移测量法,其倾角测量分辨率为0.3 mrad,可满足10-13g水平的差分重力测量分辨率需求。本文采用的研究方法将为解决原子剪切干涉仪中探测系统倾角导致的系统误差问题提供重要参考。 展开更多
关键词 量子光学 原子剪切干涉仪 探测系统倾角测量 原子干涉相移测量
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一种非接触式光学微腔液压测量系统 被引量:1
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作者 魏鹤鸣 侯林嵩 +2 位作者 丁武成 殷瑞雪 任冬妮 《电子测量技术》 北大核心 2024年第7期42-48,共7页
为满足在狭小腔室中测量液体压强的需求,设计了一种非接触式光学法布里珀罗微腔液压测量系统,其中,光学微腔采用双光子三维打印技术制备,膜结构尺寸仅为350μm,设计的膜厚分别为4μm和6μm。系统主要采用嵌入式设计与衍射光栅光谱模块互... 为满足在狭小腔室中测量液体压强的需求,设计了一种非接触式光学法布里珀罗微腔液压测量系统,其中,光学微腔采用双光子三维打印技术制备,膜结构尺寸仅为350μm,设计的膜厚分别为4μm和6μm。系统主要采用嵌入式设计与衍射光栅光谱模块互联,实时采集光学微腔干涉光谱信号,实现了高精度光谱动态解调。实验结果表明,室温(25℃)下,4μm膜厚的微腔液压灵敏度高达398 pm/kPa,系统分辨率可达35.5 Pa,重复性较好,有望用于生物医学眼压等应用场景。 展开更多
关键词 微腔压力传感 双光子三维打印技术 非接触式光学传感 液体压强测量系统
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光学坐标测量系统技术研究 被引量:14
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作者 邾继贵 王鑫 +1 位作者 王大为 叶声华 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期778-780,共3页
光学坐标测量系统是建立在数字近景测量技术基础上的一种新型精密测量系统.它具有便携性好、精度高、测量范围大、受环境干扰小等优点,适合工业工程的现场测量.针对工业现场精密测量的需求,分析了立体视觉原理以及通用坐标测量的数学模... 光学坐标测量系统是建立在数字近景测量技术基础上的一种新型精密测量系统.它具有便携性好、精度高、测量范围大、受环境干扰小等优点,适合工业工程的现场测量.针对工业现场精密测量的需求,分析了立体视觉原理以及通用坐标测量的数学模型.目前系统的精度接近±0.1mm/m,整个系统已初步成型,能够对实物工件进行测量,其测量精度、自动化程度令人满意. 展开更多
关键词 数字近景摄影测量 双目立体视觉 光学坐标测量系统 三维CAD
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三维测量工业内窥镜的双目光学系统 被引量:15
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作者 郭俊锋 刘鹏 +2 位作者 焦国华 鲁远甫 吕建成 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2337-2344,共8页
针对国内工业内窥镜只限于观察,无法满足工件三维尺寸测量的现状,设计了一种探头外径为6mm并且可以向任意方向弯曲的三维测量工业内窥镜,并介绍了该内窥镜的双目光学系统及镜体内部结构的设计。首先,基于双目立体成像的原理,提出了一种... 针对国内工业内窥镜只限于观察,无法满足工件三维尺寸测量的现状,设计了一种探头外径为6mm并且可以向任意方向弯曲的三维测量工业内窥镜,并介绍了该内窥镜的双目光学系统及镜体内部结构的设计。首先,基于双目立体成像的原理,提出了一种具有双物镜、单图像传感器的新型双目光学系统。其次,根据光学系统的技术要求,设计了内窥镜的头部结构。考虑到一些工件内部结构比较复杂,分别设计了内窥镜的可弯曲结构以及后部操控机构以方便一些精密工件的检测。最后,通过三维图像处理软件对待测物表面两个特征点进行长度测量试验,得到了两个特征点的间距。实验结果表明:待测物表面两个特征点的长度测量误差在±0.2mm内。该系统基本实现了工业内窥镜的三维测量功能。 展开更多
关键词 工业内窥镜 三维测量 双目光学系统 结构设计 蛇骨组件
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光学坐标测量系统中的关键技术 被引量:19
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作者 邾继贵 王大为 +1 位作者 王鑫 叶声华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2007年第3期296-299,共4页
光学坐标测量系统是建立在数字近景摄影测量技术基础上的一种新型精密测量系统,具有便携性好、精度高、测量范围大、受环境干扰小等优点,适合工业工程的现场测量。针对工业现场精密测量的需求,对摄像机模型进行了分析,提出了摄像机残差... 光学坐标测量系统是建立在数字近景摄影测量技术基础上的一种新型精密测量系统,具有便携性好、精度高、测量范围大、受环境干扰小等优点,适合工业工程的现场测量。针对工业现场精密测量的需求,对摄像机模型进行了分析,提出了摄像机残差修正问题,给出了修正方法及基于双目立体视觉原理的通用坐标测量数学模型。搭建了完整的光学坐标测量系统,测量精度优于±0.1mm/m。 展开更多
关键词 计算机视觉 摄像机模型 残差修正 光学坐标测量系统
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光学应变测量系统在研究生实验教学中的应用 被引量:10
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作者 耿红霞 付朝华 +3 位作者 蒋小林 谢惠民 陈常青 吴新如 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2015年第3期220-222,254,共4页
把光学应变测量系统(ARAMIS 3D)用于研究生的高等实验力学实验中,开发了多个研究型实验。论文介绍了一个典型实验,利用数字图像相关方法(Digital Image Correlation,DIC)测定了带孔铝合金圆试件的拉伸弹性模量,观测圆孔周围的应力集中... 把光学应变测量系统(ARAMIS 3D)用于研究生的高等实验力学实验中,开发了多个研究型实验。论文介绍了一个典型实验,利用数字图像相关方法(Digital Image Correlation,DIC)测定了带孔铝合金圆试件的拉伸弹性模量,观测圆孔周围的应力集中现象。在分级载荷下,采集试件变形前后的数字图像,对所采集的一系列数字图像进行相关计算获得三维应变场分布规律,从而获得拉伸铝试件的弹性模量。并将实验结果与电测法测得的弹性模量进行比较,两者吻合良好。同时,通过应变云图我们非常直观地观察到试件圆孔附近的应力集中现象。实验结果表明,利用这种简单高效的方法测定各种试件的弹性模量是可行的,具有很好的应用价值。更重要的是,能为一些利用传统接触式测量技术难以测量的试件提供一个新的研究途径。该光学应变测量系统可以非接触式的准确直观地实现对位移场、应变场的三维测量,能够更好地满足工程实验测试的要求。把该系统引入研究生的高等实验力学实验中,可进一步培养学生的科研意识、创新精神,更好地开拓学生的新视野,加深对力学知识的理解和掌握,极大地提高学生的科研积极性,更好地了解和掌握当前力学领域的先进测量手段,为做科研打下坚实的基础。 展开更多
关键词 光学应变测量系统 数字图像相关 研究型实验 研究生实验教学
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光学隐蔽深度测量系统的小型化设计 被引量:6
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作者 朱海荣 蔡鹏 +2 位作者 朱海 郭正东 王旺 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期726-731,共6页
为了保障航行器水下航行时对可见光波段光学隐蔽的需求,以及实时测量其所在位置的光学隐蔽深度,设计了小型化可见光波段的光学隐蔽深度测量系统。根据光学隐蔽深度模型,优化设计了海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水漫衰减系数、海... 为了保障航行器水下航行时对可见光波段光学隐蔽的需求,以及实时测量其所在位置的光学隐蔽深度,设计了小型化可见光波段的光学隐蔽深度测量系统。根据光学隐蔽深度模型,优化设计了海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水漫衰减系数、海水体衰减系数的测量方法。优化设计后的系统有21个测量通道,测量光谱为390~667nm,工作深度可达50m。进行了海上试验,试验结果显示:在天气良好的条件下,水下航行器在520~560nm可见光波段内存在暴露窗口,同时测得特征长度为0.75m的模型的光学隐蔽深度为3.5m。得到的结果表明,设计的小型化可见光波段光学隐蔽深度测量系统可以实现光学隐蔽深度的测量,测量装置具有体积小、重量轻、系统性能稳定等优点,适用于水下航行器搭载,可为下一步实现可自主升降的光学隐蔽深度测量系统设计提供理论技术支撑。 展开更多
关键词 水下航行器 光学隐蔽深度测量系统 小型化设计 可见光波段
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离轴光学系统的畸变分析及焦距测量 被引量:6
11
作者 程强 胡海翔 +3 位作者 李龙响 王孝坤 罗霄 张学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第22期2839-2846,共8页
为了实现离轴光学系统的高精度畸变分析、测量及在轨图像的快速、高精度畸变校正,利用高阶畸变分析方法对离轴光学系统的相对畸变进行了拟合分析。首先,对离轴光学系统的理论畸变进行了分析,提出了等效焦距的概念,并利用高阶畸变分析方... 为了实现离轴光学系统的高精度畸变分析、测量及在轨图像的快速、高精度畸变校正,利用高阶畸变分析方法对离轴光学系统的相对畸变进行了拟合分析。首先,对离轴光学系统的理论畸变进行了分析,提出了等效焦距的概念,并利用高阶畸变分析方法对系统的相对畸变进行了拟合分析;接着,针对装调完成的某离轴光学系统完成了畸变测试及焦距测量;最后,利用实测结果完成了该离轴光学系统的物像对应关系的高精度解算。与ZEMAX光线追迹的结果相比,利用高阶畸变系数计算得到的等效焦距最大偏差为0.366 mm;对于某装调完成的离轴光学系统,实测等效同轴系统焦距的偏差仅为6.378 mm,相对偏差为0.073%。验证了该方法对于离轴光学系统畸变分析、测量及焦距测量具有正确性及精度保证,将为在轨图像的快速、高精度畸变校正提供可靠输入。 展开更多
关键词 离轴光学系统 畸变分析 焦距测量 等效焦距 高阶畸变系数
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光学系统受迫振动的激光测量方法 被引量:4
12
作者 王大辉 赵学庆 +4 位作者 张永生 孙昱薇 胡云 易爱平 赵军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2017-2021,共5页
将激光信号与高帧频CCD结合,解决了光学系统中振动信号和激光信号之间的转换问题,不仅能够测量振动对系统光束指向稳定性的影响,而且能够得到振动信号本身的频率特性。利用该方法对振源为150Hz和200Hz两种条件下的光学系统受迫振动进行... 将激光信号与高帧频CCD结合,解决了光学系统中振动信号和激光信号之间的转换问题,不仅能够测量振动对系统光束指向稳定性的影响,而且能够得到振动信号本身的频率特性。利用该方法对振源为150Hz和200Hz两种条件下的光学系统受迫振动进行测量,得到了与输入信号相吻合的振动信号属性。通过实验与分析得知:时域振幅测量精度为6.25μm,频域分辨力为2Hz,方法简便高效,测量结果准确,已应用于角多路准分子激光主振荡功率放大器系统打靶试验平台光束指向稳定性的研究中。 展开更多
关键词 光学系统 受迫振动 振动测量 指向稳定性 频率特性
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CCD尺寸测量光学系统设计原理 被引量:12
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作者 吴福田 冯书文 《应用光学》 CAS CSCD 1994年第5期20-24,共5页
介绍CCD尺寸测量光学系统的设计原理.重点分析远心光路中的像点弥散、一维光纤列阵照明系统及利用像点弥散斑评价CCD光学系统像质的方法。给出一种CCD测量光学系统设计实例及其像质评价结果.
关键词 CCD 光学系统 光纤列阵 长度测量
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光学经纬仪三坐标测量系统的计算方法及误差分析 被引量:6
14
作者 喻彩丽 楼少敏 吴立军 《工具技术》 北大核心 2005年第8期83-86,共4页
用光学经纬仪可以对超大工件的形状和位置进行检测。根据经纬仪测量系统的测量原理,对较大范围内检测点的空间坐标计算方法及其误差进行了探讨;通过对系统误差来源的分析,为超大工件三坐标测量系统性能检测规范的制定提供了帮助。
关键词 光学经纬仪 三坐标 计算方法 误差 三坐标测量系统 误差分析 经纬仪测量系统 超大工件 测量原理 空间坐标
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用CCD测量光学系统OTF的研究 被引量:3
15
作者 赵燕玉 李正民 +1 位作者 严忠军 林逸群 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1992年第2期143-147,共5页
线性光学系统的传递函数(OTF)可由线扩散函数的傅立叶变换求出。电荷耦合器件(CCD)具有自动采样和自动扫描的特点,用它作为光电转换器件,可方便精确地测量OTF。我们研制成一套系统,它由CCD 及其驱动器、视频放大、采样一保持、A/D 转换... 线性光学系统的传递函数(OTF)可由线扩散函数的傅立叶变换求出。电荷耦合器件(CCD)具有自动采样和自动扫描的特点,用它作为光电转换器件,可方便精确地测量OTF。我们研制成一套系统,它由CCD 及其驱动器、视频放大、采样一保持、A/D 转换和微机等组成。文中给出了系统组成和实测结果。测量调制传递函数(MTF)的精度为3%,重复性为1%。该系统能在2分钟内测出物镜的10种空间频率的MTF 值。它还适用于不同对象的测量。 展开更多
关键词 CCD 测量 光学系统 OTF 传递函数
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宽量程糖度测量中的光学系统设计 被引量:2
16
作者 毕卫红 赵世华 +1 位作者 付广伟 梁丹华 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2009年第10期83-85,共3页
设计了一种基于反射临界角法测量糖度的采用双光源的光学系统。该系统实现在不改变接收端图像传感器参数、保证测量精度的前提下,扩大量程。根据折反射定律,通过分析光路图,给出了该光学系统的棱镜尺寸、两光源间距、透镜焦距及通光口... 设计了一种基于反射临界角法测量糖度的采用双光源的光学系统。该系统实现在不改变接收端图像传感器参数、保证测量精度的前提下,扩大量程。根据折反射定律,通过分析光路图,给出了该光学系统的棱镜尺寸、两光源间距、透镜焦距及通光口径等参数,并通过实验对其进行了验证。 展开更多
关键词 光学测量 反射临界角 折射率 光学系统设计 量程
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CCD测量系统光学设计实用方案 被引量:4
17
作者 郑颖君 陈吉武 陈安 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2001年第6期367-369,共3页
文章介绍一种实用的 CCD摄像检测系统中光学系统的设计方案。依此可以采用光学行业的现有产品 ,克服了光学系统设计与制造周期长、成本高的弱点。文章还提供了作者实际应用的实例 。
关键词 光学设计 电荷耦合器件 测量系统
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三维光学扫描测量系统的研究和应用 被引量:9
18
作者 金永君 艾延宝 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2009年第8期39-41,共3页
介绍了三维光学测量系统的原理、组成及应用。该系统是采用正弦光栅投影技术和数字图像处理技术等,以较高的速度和精度来获取和处理大量的三维数据的一种新的三维传感技术。三维光学扫描测量轮廓术简单实用、测量精度高、便于实现自动测... 介绍了三维光学测量系统的原理、组成及应用。该系统是采用正弦光栅投影技术和数字图像处理技术等,以较高的速度和精度来获取和处理大量的三维数据的一种新的三维传感技术。三维光学扫描测量轮廓术简单实用、测量精度高、便于实现自动测量,是一种较为理想的光学测量方法。 展开更多
关键词 三维光学测量系统 ATOS扫描仪器 光栅扫描
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大颗粒细水雾测量中光学系统布局的数值实验研究 被引量:7
19
作者 秦俊 廖光煊 《量子电子学报》 CAS CSCD 1999年第1期90-96,共7页
本文通过计算模拟和实验研究,用三维APV系统对雾场中大粒子的特性参数进行了测量,对三维APV的光路系统进行了选择设定。
关键词 大颗粒细水雾 测量 光学系统布局 模拟实验研究
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基于光学自由曲面的三维位移测量系统 被引量:2
20
作者 房丰洲 万宇 +1 位作者 朱朋哲 程颖 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期934-942,共9页
针对数控机床、多轴位移台等多轴系统位移检测中存在的检测方法复杂、测量费用高等问题,利用光学自由曲面具有极大的设计自由度,可简化系统结构、提高系统性能的特点,设计开发了一种基于光学自由曲面的非接触式三维位移测量系统,用于普... 针对数控机床、多轴位移台等多轴系统位移检测中存在的检测方法复杂、测量费用高等问题,利用光学自由曲面具有极大的设计自由度,可简化系统结构、提高系统性能的特点,设计开发了一种基于光学自由曲面的非接触式三维位移测量系统,用于普通机床、多轴位移台等多轴系统位移精度检测.通过设计光学自由曲面基准件,搭建实验平台,建立测量系统的数学模型,完成了测量系统的标定实验、测量系统精度验证实验和三维位移测量实验.结果表明,该测量系统精度达2.8,μm,可用于多轴系统的位移检测. 展开更多
关键词 光学自由曲面 三维位移测量 数学模型标定 多轴系统
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