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位移测量技术在建筑基坑监测工程中的应用研究

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产业科技创新 2019年第10期1卷 57-58页

作者：陈以双广东省建筑科学研究院集团股份有限公司广东广州510500

随着经济的不断发展,加快了我国城市化建设,城市人口密度不断在增大,居住空间不足的问题也逐渐显现出来,这对建筑行业造成极大压力,只有合理利用地下空间才能解决这一现状,这就对建筑基坑的位移测量技术提出了更高的要求。文章就针对位... 详细信息

随着经济的不断发展,加快了我国城市化建设,城市人口密度不断在增大,居住空间不足的问题也逐渐显现出来,这对建筑行业造成极大压力,只有合理利用地下空间才能解决这一现状,这就对建筑基坑的位移测量技术提出了更高的要求。文章就针对位移测量技术在建筑基坑监测工程中的应用进行探究。

关键词：位移测量建筑基坑工程应用

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基于高阶横模小位移的测量

基于高阶横模小位移的测量

作者：郭鹏亮山西大学

学位级别：硕士

激光光束横向位置的精密测量在包括原子力显微镜,卫星之间的定位,光镊,引力波探测等许多方面都有重要的应用,在这些实际应用中,通过光束和所研究的物体的相互作用,光束的位置变化就可以反映出所关心物体的位置的变化,这使得光束横向位... 详细信息

激光光束横向位置的精密测量在包括原子力显微镜,卫星之间的定位,光镊,引力波探测等许多方面都有重要的应用,在这些实际应用中,通过光束和所研究的物体的相互作用,光束的位置变化就可以反映出所关心物体的位置的变化,这使得光束横向位置的精密测量更加具有实际意义。那么提高微小位移测量的灵敏度成为目前关注的焦点。目前提高测量精度的方法主要有两种方法,一种是使用多模非经典光源降低噪声,另一种是优化探测的实验装置。而高阶模式包含更多的信息量和自由度,为提高小位移测量的精度提供新的方法。本文主要对高阶厄米高斯模式的小位移测量做了相关的研究,主要工作如下:1.高阶厄米高斯模式的传播与变换特性。对利用失谐的光学谐振腔产生高阶模式进行了相关的研究,并在实验上利用失谐的三镜环形腔产生了高阶厄米高斯模式。对厄米高斯模式在空间上的传播特性,以及高斯光束通过透镜系统后进行成像变换进行了理论计算。2.高阶厄米高斯模式小位移的测量。在理论上,计算了n阶厄米高斯模式的小位移,理论计算表明n阶厄米高斯模平移的信息与它的n-1阶模式和n+1阶模式有关,并且采用平移的信号模式阶数越高,则测量的精度就会越高。在实验上,利用平衡零拍探测的方法,测量了TEM10模的微小位移,实验结果表明利用简单的TEM20模作为本地光,测量精度相对于TEM00模的小位移提高了3dB。而采用优化叠加的耦合模式作为本地光,相对于利用简单的TEM20模作为本地光测量精度提高了1.7dB,达到了Cramer-Rao bound极限。并将高阶模的测量方法应用到倾角的测量,提高了倾角的测量精度,为下一步实验提供理论参考。

关键词：高阶厄米高斯模位移测量平衡零拍探测叠加模式

基于斜光轴数字图像相关方法的全场位移测量：理论模型及实验验证

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基于斜光轴数字图像相关方法的全场位移测量：理论模型及实验验证

北京力学会第二十七届学术年会

作者：赵剑辉田垄中国地质大学(北京)数理学院

基于数字图像相关方法的视频位移测量系统作为一种高效、直观的非接触式光学测量仪器,已成为测量大型工程结构(如桥梁、桁架、铁轨、路基)的有效工具。在使用视频位移测量系统进行测量的过程中,相机可以观测到被测结构上的各个部位,但... 详细信息

基于数字图像相关方法的视频位移测量系统作为一种高效、直观的非接触式光学测量仪器,已成为测量大型工程结构(如桥梁、桁架、铁轨、路基)的有效工具。在使用视频位移测量系统进行测量的过程中,相机可以观测到被测结构上的各个部位,但由于斜光轴成像,图像上每个点的图像位移到实际位移的标定系数都不相同。经典的斜光轴标定方法是使用测距机测量待测点到相机光心的距离,这种方法仅适用于只有少量几个测量点的过程,无法对试件上所有的点进行标定,这就限制了其测量效果与实际应用。在实际测量过程中,许多测量结构的全场待测区域为一条窄带,可近似为一条直线,故只需要测量该区域即可达到全场测量效果。为此,本文提出了一种基于斜光轴数字图像相关方法(DIC)原理的大视场全场位移实时测量的解决方案。首先,利用测距机测量相机光心到被测结构表面不少于3个点的距离。然后利用空间直线拟合的方法可以得到被测结构表面所有测量点到相机光心的距离,再根据相机单点标定方法计算出上每个点的标定系数。高效的时序初值传递DIC方法可以实时计算得到全场图像位移,最后利用得到的全场标定系数,将全场图像位移转换为全场实际位移。该方法解决了斜光轴成像条件下的全场标定系数求解和DIC方法的高效图像位移计算两大难题,对斜光轴全场位移测量的实际应用具有重要意义。为了验证本文中提出的方法的有效性,我们进行了悬臂梁加载实验。结果证明了本文提出的全场位移实时测量方法具有准确性和有效性。

关键词：数字图像相关方法位移测量全场斜光轴标定

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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基于图像处理的二维位移测量系统

清华大学学报（自然科学版） 2010年第6期50卷 826-829页

作者：侯杰钱稼茹张微敬赵作周潘鹏清华大学土木工程系北京100084 北京工业大学建筑工程学院北京100022

为改善现有图像位移测量,开发了一种二维位移测量系统。该系统采用3种非线性映射标定方法(BP神经网络、最小二乘(LS)三次曲面拟合、LS与遗传算法(GA)的组合方法(GALS)),基于Microsoft Visual Studio的集成平台。用该系统进行了位移测量... 详细信息

为改善现有图像位移测量,开发了一种二维位移测量系统。该系统采用3种非线性映射标定方法(BP神经网络、最小二乘(LS)三次曲面拟合、LS与遗传算法(GA)的组合方法(GALS)),基于Microsoft Visual Studio的集成平台。用该系统进行了位移测量实验,并分析了相关影响因素。结果表明:在这3种标定方法中,LS法的速度快、准确性高,综合性能最好;较低像素图像(不小于408×306)和较大的平滑、开运算模板(分别不大于标志点直径的1/2和1/3)有利于获得较好的测量效果。该系统可实现灵活、准确和实时位移测量。

关键词：位移测量系统标定图像处理映射标定

基于利特罗式激光反馈光栅干涉的微位移测量技术

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中国激光 2019年第4期46卷 216-221页

作者：孔令雯蔡文魁施立恒郭冬梅夏巍倪小琦郝辉王鸣南京师范大学物理科学与技术学院江苏南京210023

通过在激光反馈干涉(LFI)系统中引入衍射光栅,提出了一种基于利特罗结构的激光反馈光栅干涉(LFGI)技术,用于一维和二维精密位移的测量。半导体激光器出射的光束以利特罗条件入射至反射式全息光栅,衍射光沿入射光方向返回激光腔后,腔内... 详细信息

通过在激光反馈干涉(LFI)系统中引入衍射光栅,提出了一种基于利特罗结构的激光反馈光栅干涉(LFGI)技术,用于一维和二维精密位移的测量。半导体激光器出射的光束以利特罗条件入射至反射式全息光栅,衍射光沿入射光方向返回激光腔后,腔内会发生激光反馈干涉效应。引入正弦相位调制解调技术,高精度地测量一维和二维微位移。利特罗结构和LFGI系统具有自准直性好、结构紧凑、易于操作和系统稳定性高的优点。实验结果表明,利特罗式LFGI系统的位移测量精度可以达到10 nm量级。

关键词：测量位移测量自混合干涉衍射光栅利特罗结构正弦调制

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三自由度光栅位移测量关键技术研究

三自由度光栅位移测量关键技术研究

作者：乔德成哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

光栅位移测量技术因具备精度高、稳定性好、体积小、灵活性强、成本低等诸多优点,在超精密测量方面具有重要价值,尤其是在超精密加工装备的测量系统中有着广泛的应用。在超精密加工领域,对光栅位移测量技术的要求主要是高分辨力和多自... 详细信息

光栅位移测量技术因具备精度高、稳定性好、体积小、灵活性强、成本低等诸多优点,在超精密测量方面具有重要价值,尤其是在超精密加工装备的测量系统中有着广泛的应用。在超精密加工领域,对光栅位移测量技术的要求主要是高分辨力和多自由度。为了实现高分辨力和多自由度的位移测量,本课题对位移测量系统的光学细分倍数、电学细分倍数以及三自由度测量等关键技术进行了研究,在双光栅干涉测量系统中使用微米级周期光栅的2级衍射光来实现4倍光学细分,并研究了光学信号的电学细分处理方法,以此来提高系统的分辨力,通过使用双光栅干涉系统中两光栅的直接反射光之间的干涉实现Z轴方向上的位移测量,简化系统结构,实现三自由度位移测量。论文主要工作如下:首先,设计三自由度高分辨力的双光栅干涉测量系统的光学结构。在X轴方向和Y轴方向上的位移测量是利用双光栅干涉测量原理,用扫描光栅的0级衍射光在标尺光栅的2级反射衍射光,以及扫描光栅的2级衍射光在标尺光栅的-2级反射衍射光,使二者在扫描光栅再次汇聚并合光干涉,实现4倍光学细分测量;在Z轴方向上的位移测量则是利用扫描光栅直接反射的0级衍射光和1级衍射光,分别与经扫描光栅透射、标尺光栅反射的0级衍射光在扫描光栅上出射的0级衍射光和1级衍射光之间干涉,实现对光波长2倍光学细分测量;同时基于标量衍射理论,分析了双光栅干涉原理中扫描光栅一维和二维光栅以及标尺光栅的衍射效率与结构参数之间的关系,进而根据各级衍射光的衍射效率要求,通过仿真分析和优化,设计了一维和二维扫描光栅以及反射型标尺光栅的台阶高度h和占空比r。其次,对X轴、Y轴双光栅干涉测量以及Z轴方向干涉测量分别获取两路干涉信号,并根据归一化后两路信号由于存在相位差而产生的交点和过零点划分多个区间,让两路信号互相作为辅助实现对两路具有任意相位差信号的细分。设计了求解互相作为辅助参考的两路信号相位的算法,并在数字信号处理器DSP上编程实现。分别实现了对X轴和Y轴方向上两路120°左右相位差信号和Z轴方向上两路90°相位差信号的相位细分。最后,根据双光栅位移测量的需求加工了测量系统的标尺光栅和扫描光栅,并设计了光电转换电路、低通滤波电路和数据采集模块,搭建了光学实验台,并对测量信号进行处理得到了位移信息。通过测试分析表明,光栅位移测量系统在X轴方向和Y轴方向实现了对标尺光栅周期的4倍光学细分、在Z轴方向实现了对激光波长的2倍光学细分的功能。通过设计的对两路任意相位差信号的细分方法,实现了对X轴、Y轴、Z轴方向上周期测量信号的128倍电学细分。

关键词：位移测量光栅测量光学细分电学细分

基于多核运算板卡的掩模台位移测量系统架构研究

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基于多核运算板卡的掩模台位移测量系统架构研究

作者：周航汛桂林电子科技大学

学位级别：硕士

产率作为光刻机三大关键指标之一,在高端光刻机中占有重要的地位,而掩模台位移测量系统的计算周期直接影响着产率,因此研究掩模台位移测量系统架构对提升光刻机产率具有重大意义。由于对光刻机的研究起步较晚和国外的技术封锁,国内对于... 详细信息

产率作为光刻机三大关键指标之一,在高端光刻机中占有重要的地位,而掩模台位移测量系统的计算周期直接影响着产率,因此研究掩模台位移测量系统架构对提升光刻机产率具有重大意义。由于对光刻机的研究起步较晚和国外的技术封锁,国内对于掩模台位移测量系统架构的研究仍处于较低水平。伴随国产高端光刻机对产率要求的不断提高,目前的系统架构难以满足国产光刻机对50us较短计算周期的要求。对此,本文以掩模台位移测量系统架构为研究对象,结合测量系统的数据流,对影响计算周期的各环节进行理论分析,并提出一种基于多核运算板卡的掩模台位移测量系统架构。此外,本文也对多核运算板卡的固件架构重点技术进行研究。最后通过搭建测试平台进行实验,对比分析得出:本文提出的系统架构,相较于国内其他的系统架构在计算周期上有较大的提升,可满足50us计算周期要求。本文主要研究工作如下:首先,对掩模台位移测量系统计算周期内的数据流进行详细分析,总结影响系统计算周期的主要环节,并针对基于单核运算板卡和多核运算板卡的系统架构,对上述环节进行对比分析。其次,从多方面对比分析多种不同架构的多核CPU和背板总线,综合选择搭载多核DSP和VME背板总线接口的多核运算板卡,并完成系统硬件架构的整体设计。然后,对比选择主从开发模型作为多核固件开发模型,并充分利用多核DSP提供的SYS/BIOS操作系统进行固件开发。此外,对比分析多核DSP的核间数据交互方式,选择利用共享内存进行数据交互的方式,并针对其存在的数据一致性问题,提出核间数据交互的机制。最后,搭建测试平台,对本文提出的系统架构进行性能比对测试。测试结果表明:本文选用的多核运算板卡读写片上总线的平均速率为163.85Mbps和1 120.88Mbps,读写VME背板总线的平均速率高达7 169.52Mbps和10 563.75Mbps,读写光纤数据的平均速率为448.79Mbps和568.94Mbps。此外,通过硬件在环仿真实验可知,相较于目前国内提出的计算周期最短的系统架构,本文提出的系统架构在计算周期的时间性能方面提升了约160.68%,在保证模型运算精度的同时,满足50us计算周期的要求。

关键词：共享内存多核运算板卡系统架构位移测量掩模台

基于光纤干涉仪的位移测量及信号处理方法研究

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基于光纤干涉仪的位移测量及信号处理方法研究

作者：丛至诚东北石油大学

学位级别：硕士

光纤干涉仪在工业高精度测量中应用广泛,它具有装置简单、结构紧凑、分光聚光灵活、精度高等优点。利用光的干涉原理,求解干涉信号的相位,再计算光程差,从而实现引起光程差改变的物理量的间接测量,光纤干涉仪目前已应用于折射率、温度... 详细信息

光纤干涉仪在工业高精度测量中应用广泛,它具有装置简单、结构紧凑、分光聚光灵活、精度高等优点。利用光的干涉原理,求解干涉信号的相位,再计算光程差,从而实现引起光程差改变的物理量的间接测量,光纤干涉仪目前已应用于折射率、温度、位移、振动、加速度、压力测量等多个领域。为了提高位移测量分辨率、抗噪声干扰能力以及重构精度,对光纤干涉仪测量位移的结构和方法进行了改进。首先,针对传统单通道法布里-珀罗光纤干涉仪位移测量分辨率低的问题,提出了一种双通道差分型光纤干涉仪结构。该结构是利用单模光纤和耦合器组成的位移测量系统,耦合器输出端两臂连接准直镜头,照射在被测物体正反两侧形成差动结构。与传统结构相比,该结构位移测量分辨率提高了一倍,达到1/4光波波长,且整个系统受温度的干扰较小,有更高的位移重构精度。其次,针对大噪声环境下信号质量差以及位移重构精度低的问题,基于光纤干涉仪使用多重希尔伯特变换(Multiple Hilbert Transform,MHT)对调频信号进行位移重构。该方法利用马赫-曾德尔干涉仪作为边缘滤波器,使自混合干涉调幅信号转换为高信噪比的调频信号,然后根据调频信号的相位信息进行位移重构。与调幅信号相比,调频信号信噪比更大,且对于大噪声环境下的位移测量问题,使用调频信号进行位移重构可以获得更高的重构精度。最后,分别对两种方法进行了仿真分析和实验验证,结果表明两种方法都达到了提高位移测量精度的效果,为航空航天、汽车制造、芯片制造以及建筑安全等应用方向提供了新的位移测量方法。

关键词：光纤干涉仪位移测量差动马赫-曾德尔干涉仪希尔伯特变换

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超精密光栅尺位移测量系统

激光杂志 2018年第9期39卷 42-46页

作者：党宝生熊显名王献英张文涛桂林电予科技大学电子工程与自动化学院广西桂林541004 上海微电子装备集团股份有限公司上海201203

针对光刻机运动台位移测量需求,研究了利用二次衍射光干涉的对称式光栅尺位移测量系统。基于多普勒效应分析了光栅尺的位移测量原理,推导了光栅尺位移测量模型。设计了基于商用双频激光干涉仪的测量对比实验平台,开展了光栅尺位移测量... 详细信息

针对光刻机运动台位移测量需求,研究了利用二次衍射光干涉的对称式光栅尺位移测量系统。基于多普勒效应分析了光栅尺的位移测量原理,推导了光栅尺位移测量模型。设计了基于商用双频激光干涉仪的测量对比实验平台,开展了光栅尺位移测量系统原理验证实验、测量一致性实验和测量稳定性实验。实验结果分别表明：光栅尺位移测量系统原理正确;光栅尺和激光干涉仪位移测量系统间测量结果的差值小于16.67nm的置信度为0.95,具有良好测量一致性;光栅尺位移测量系统具有较好的抗干扰能力,鲁棒性强,能够满足光刻机运动台位移测量需求。

关键词：光刻机位移测量光栅尺测量一致性