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一种光学频率梳绝对测距的新方法

物理学报 2014年第10期63卷 48-57页

作者：吴翰钟曹士英张福民邢书剑曲兴华天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 中国计量科学研究院时间频率计量研究所北京100013

采用光学频率梳的高精度绝对距离测量技术在航空航天、科学研究和工业生产等领域都发挥着重要作用.提出一种利用光学频率梳技术,通过检测光强实现绝对距离测量的新方法,研究了光学频率梳发出脉冲的时间相干性,分析了光强与被测距离之间... 详细信息

采用光学频率梳的高精度绝对距离测量技术在航空航天、科学研究和工业生产等领域都发挥着重要作用.提出一种利用光学频率梳技术,通过检测光强实现绝对距离测量的新方法,研究了光学频率梳发出脉冲的时间相干性,分析了光强与被测距离之间的关系、干涉条纹峰值点位置与被测距离之间的关系.建立了基于Michelson干涉原理的测距系统,通过测量光强信息得到被测距离.以高精度纳米位移平台的位移量作为长度基准进行了绝对测距实验,在每个被测距离点都重复进行了10次实验,将10次实验测得的光强值取平均后用于距离的计算.实验结果表明,该方法可以实现绝对距离测量,在10μm测量范围内,最大误差为47 nm.因此,该方法可以应用于大尺寸高精度的绝对距离测量.

关键词：光学频率梳绝对测距光强

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“新世纪1号”设计之船舶建筑学思考

船舶工程 2005年第5期27卷 42-45页

作者：张福民上海船舶研究设计院上海200032

从船舶建筑学角度,对将小水线面双体油田交通船设计为一条达到三星级以上豪华感观船舶的外形设计、空间与功能、风格等等设计问题进行了归纳小结,并指出许多相关因素可能对整体效果的影响.

关键词：小水线面双体船船舶建筑学外形设计空间与功能风格

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三光路结构的调频连续波重采样测距方法

光谱学与光谱分析 2020年第4期40卷 1007-1011页

作者：张桐曲兴华张福民天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

调频重采样是一种绝对测距技术。这种方法采用的光源波长随时间变化,形成一束宽光谱激光。激光在各时刻的波长通过辅助干涉装置进行测量,并对其中频率间隔相同的部分进行重采样,使调频测距系统具有较大的线性光谱带宽,较高的分辨率及精... 详细信息

调频重采样是一种绝对测距技术。这种方法采用的光源波长随时间变化,形成一束宽光谱激光。激光在各时刻的波长通过辅助干涉装置进行测量,并对其中频率间隔相同的部分进行重采样,使调频测距系统具有较大的线性光谱带宽,较高的分辨率及精度。在实际测量过程中,测量装置本身及待测物都容易受到振动的影响,导致待测距离及辅助光纤长度发生变化,引入测距误差。针对这个问题,分析了振动对重采样测量结果产生的误差:(1)待测物的移动引入一个多普勒频移分量;(2)辅助光纤的振动使重采样频率也发生变化。为了弥补这两种误差,提出了一种三光路结构的补偿方法,在辅助光路中,使用一种光路结构简单小巧,且测量速度更快的全光纤马赫泽德干涉仪等效代替光谱仪,实时的监测信号光的瞬时频率。在测量光部分,在测量光路中引入两个部分反射镜产生两路补偿光信号,并通过FFT算法产生频谱。频谱的三个峰值分别与三路信号相对应。通过测量信号与其中一路补偿信号的峰值相减即可补偿多普勒误差,通过两路补偿信号的频率差与相对距离的比值即可得出实际的辅助光纤长度。实验证明,传统的重采样测距方法精度为23.6μm,三光路测距方法的精度可达到11μm,可见这种方法能够对系统的振动误差进行有效补偿。

关键词：调频连续波测距激光雷达激光干涉测距

基于外部时钟信号触发重采样的激光频率调制测距方法

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光学学报 2019年第4期39卷 386-392页

作者：张桐曲兴华张福民天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

对调频连续波激光测距技术进行改进,提出了触发重采样方法。在所提方法中,辅助信号先触发采集卡,然后对测量信号和辅助信号同时采样,再用采集到的辅助信号的极值点对测量信号进行重采样。实验结果表明:所提出的触发重采样方法的测量标... 详细信息

对调频连续波激光测距技术进行改进,提出了触发重采样方法。在所提方法中,辅助信号先触发采集卡,然后对测量信号和辅助信号同时采样,再用采集到的辅助信号的极值点对测量信号进行重采样。实验结果表明:所提出的触发重采样方法的测量标准差最小可达到12μm。

关键词：遥感激光雷达线性调频测距激光干涉非线性调频

基于偏振信息的强反射工件高光去除及视觉测量方法

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光学学报 2018年第11期38卷 167-177页

作者：祝振敏裴爽陈世明张福民华东交通大学电气与自动化工程学院江西南昌330013 天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室天津300072

搭建了一种基于反向传播神经网络与高斯分布函数的图像高光去除模型。该模型可以优化图像的特征提取及特征匹配。以高反射率金属工件表面作为实验对象,进行了边缘特征提取及视觉测量精度分析,实验结果表明,所提方法可实现0.75 mm的视觉... 详细信息

搭建了一种基于反向传播神经网络与高斯分布函数的图像高光去除模型。该模型可以优化图像的特征提取及特征匹配。以高反射率金属工件表面作为实验对象,进行了边缘特征提取及视觉测量精度分析,实验结果表明,所提方法可实现0.75 mm的视觉测量精度,一定程度上验证了所提方法的可行性。

关键词：测量视觉测量图像高光去除偏振信息特征提取测量精度

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经济型大尺寸激光自动坐标测量系统

光学精密工程 2013年第8期21卷 1957-1965页

作者：时光张福民曲兴华天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

利用手持式激光测距仪和二轴转台,设计了一种经济型大尺寸激光三维自动测量系统,用于船舶等大型工件的现场测量。介绍了系统的测量原理和主要组成部分,系统无需合作目标,在计算机的控制下自动对目标进行测量来获得相对系统的三维坐标数... 详细信息

利用手持式激光测距仪和二轴转台,设计了一种经济型大尺寸激光三维自动测量系统,用于船舶等大型工件的现场测量。介绍了系统的测量原理和主要组成部分,系统无需合作目标,在计算机的控制下自动对目标进行测量来获得相对系统的三维坐标数据。分析了系统的主要误差对测量结果的影响,完成了主要误差的提取实验。最后,利用激光跟踪仪对系统测试水平两点间的距离的测量精度进行了评定,并对船分段模型进行了测量实验。实验表明,该系统对水平放置物体的两点间距离的测量精度达到了1.73mm,对船分段模型的平行平面之间的距离测量精度达到了1.5mm。由于系统构成简单,硬件成本较低,测量精度较高,测量速度大约为1point/s,非常适用于船分段的测量。

关键词：激光坐标测量系统激光测距坐标测量二轴转台误差提取

基于D-STATCOM的煤矿供电系统功率平衡控制方法

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煤炭学报 2017年第S1期42卷 288-294页

作者：赵建阳张福民龚博孙佳伟中国能源建设集团天津电力设计院有限公司天津300400 河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室天津300130 国网河北省电力公司保定供电分公司河北保定071000

为了解决煤矿供电系统三相不对称运行问题,提出了一种基于D-STATCOM瞬时功率平衡补偿的控制策略。给出了D-STATCOM系统接线图,分析了电网功率不对称对D-STATCOM控制特性的影响。提出了一种单相P-Q功率解耦控制方法,实现电网有功功率和... 详细信息

为了解决煤矿供电系统三相不对称运行问题,提出了一种基于D-STATCOM瞬时功率平衡补偿的控制策略。给出了D-STATCOM系统接线图,分析了电网功率不对称对D-STATCOM控制特性的影响。提出了一种单相P-Q功率解耦控制方法,实现电网有功功率和无功功率的独立控制。在此基础上提出了一种零序能量转换为有功功率补偿的机制,给出了一种三相功率平衡的控制方法。Matlab/Simulink仿真结果表明,电网功率不对称运行时,D-STATCOM不但能够独立控制无功功率功率,还可以平衡三相有功电流。

关键词：功率不对称 D-STATCOM 单相P-Q解耦零序电压注入三相功率平衡

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基于硬件的等光频间隔采样及频谱分析方法

光学学报 2016年第12期36卷 106-115页

作者：姚艳南张福民曲兴华天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

提出一种基于硬件的等光频间隔采样消除调频连续波(FMCW)激光测距系统调频非线性的改进措施。改进后的等光频间隔采样通过硬件数据采集即可一步实现,无需再进行后续繁杂的软件处理过程,极大地节省了内存空间和数据处理时间,并且较之基... 详细信息

提出一种基于硬件的等光频间隔采样消除调频连续波(FMCW)激光测距系统调频非线性的改进措施。改进后的等光频间隔采样通过硬件数据采集即可一步实现,无需再进行后续繁杂的软件处理过程,极大地节省了内存空间和数据处理时间,并且较之基于软件的等光频间隔重采样方法采样位置更准确。研究了调频非线性对调频连续波激光测距系统测距精度的影响以及等光频间隔采样消除调频非线性的原理。在此基础上,针对等光频间隔采样方法在时域上为非均匀采样,传统频谱分析方法不再适用的问题,对其进行新的频谱分析,并推导出了重采样之后频谱峰值频率计算公式以及测距系统的距离求取公式,通过仿真验证了新的频谱分析公式的正确性。实验结果表明,基于硬件的等光频间隔采样方法比基于软件的等光频间隔重采样方法更简单并且具有更好的非线性消除效果、更高的测距分辨力和稳定性。

关键词：测量激光测距非线性修正等光频间隔采样调频连续波

真实加工表面后向散射特性分析及表面参数反演

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光谱学与光谱分析 2015年第7期35卷 1986-1991页

作者：陶会荣张福民曲兴华天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

无合作目标激光绝对测距中,远距离、真实表面的后向散射特性机理不明朗,严重影响测距结果,是制约测距技术发展的重要瓶颈。以立铣、平铣、平磨等三种典型实际机械加工方式下的粗糙表面为研究对象,测量了在1 550nm红外激光照射下形成的... 详细信息

无合作目标激光绝对测距中,远距离、真实表面的后向散射特性机理不明朗,严重影响测距结果,是制约测距技术发展的重要瓶颈。以立铣、平铣、平磨等三种典型实际机械加工方式下的粗糙表面为研究对象,测量了在1 550nm红外激光照射下形成的后向散射场,探究了不同加工方式下特殊后向散射场形成的原因,深入分析了表面纹理、入射方位角、入射角度、粗糙度对后向散射场分布的影响。实验结果分析表明,加工制造表面的后向散射光谱形态分布受加工方式的影响很大,且相互入射几何关系和粗糙度对每种加工方式下的实际粗糙表面均有规律性影响。为了能够获取足够的后向散射能量,对表面参数的识别反演显得十分重要。进一步构建了一种加工表面多维参数反演模型,采用另外一种加工方式(刨床)的样块数据进行验证,加工方式能够被准确区分,入射方位角和粗糙度反演的相对误差分别达到1.21%和1.03%,反演精度较高。经实验验证,通过表面参数的反演极大拓宽了无合作目标激光绝对测距的范围,有效降低了表面纹理、入射方位角、粗糙度等对测距范围的影响。这一研究结果还对具有纹理特征加工表面的后向散射光谱的研究和在其他领域的应用均具有一定的参考价值。

关键词：加工方式后向散射红外激光反演