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三维形貌的线结构光精密旋转测量与误差补偿方法

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中国激光 2022年第21期49卷 115-129页

作者：刘祥王振亮姚鹏侯耀张贺永褚东凯屈硕硕山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 中国重汽集团济南动力有限公司发动机制造公司山东济南250220

采用线激光轮廓仪测量工件表面三维形貌时,轮廓仪与工件通常需要作相对直线运动,这对线性运动平台的精度有较高要求,且系统占用空间大,不易实现在位精密测量。针对上述问题,提出了一种线激光轮廓仪旋转扫描的测量方法。通过图像识别方... 详细信息

采用线激光轮廓仪测量工件表面三维形貌时,轮廓仪与工件通常需要作相对直线运动,这对线性运动平台的精度有较高要求,且系统占用空间大,不易实现在位精密测量。针对上述问题,提出了一种线激光轮廓仪旋转扫描的测量方法。通过图像识别方法拟合线结构光的运动轨迹,进而计算轮廓仪和转台旋转中心的偏心误差,采用Matlab和Java编程软件对测量数据进行三维合成和极坐标化处理,并对转台的跳动和偏心及线激光轮廓仪的倾斜误差进行补偿。球径、特征宽度和平面高度差等的测量结果验证了所提方法的有效性,测量误差测量精度的极限值。在被测工件或运动机构体积和重量较大、相对运动精度不高的情况下,所提方法能实现三维形貌的在位精密测量。

关键词：测量三维形貌线结构光旋转测量图像识别误差补偿

光纤振动传感之一:旋转测量技术及其地震学应用

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地球与行星物理论评 2022年第1期53卷 1-16页

作者：王伟君陈凌王一博彭菲中国地震局地震预测研究所北京100036 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究院重点实验室北京100029

地震波场可分解为三分量平动和三分量旋转运动.旋转分量包含重要的波场梯度信息,是地震波场重建的关键要素,但过去由于缺乏稳定的高灵敏度旋转测量仪器,它在不同的地震学应用中常被忽略.光纤旋转地震仪是率先打破测量仪器缺乏困境、最... 详细信息

地震波场可分解为三分量平动和三分量旋转运动.旋转分量包含重要的波场梯度信息,是地震波场重建的关键要素,但过去由于缺乏稳定的高灵敏度旋转测量仪器,它在不同的地震学应用中常被忽略.光纤旋转地震仪是率先打破测量仪器缺乏困境、最先实现商业化的旋转地震仪,也是目前最有发展前景的地震波旋转直接测量设备.光纤旋转地震仪基于Sagnac效应,并依托成熟的光纤陀螺技术实现振动的旋转分量测量.它具有纯光电传感不受平动影响的测量优势;并且能够在高灵敏度和宽频带旋转测量的基础下实现设备的小型化,有利于旋转测量的应用推广.因此,光纤旋转地震仪和传统的地震仪将形成互补,实现旋转和平动六分量(6C)的观测,更好地提取地震波场特征,提高振动监测能力,有效改善震源过程反演、地下结构成像和地震破坏机理研究等应用.本文主要介绍光纤旋转测量的基本原理、旋转地震学的应用及其潜在应用前景.

关键词：旋转和平动旋转测量光纤振动传感光纤旋转地震仪旋转地震学

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乒乓球轨迹预测与旋转测量研究综述

电子科技 2023年第4期36卷 90-102页

作者：吕程旭樊锁钟季云峰游义平上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学机器智能研究院上海200093 上海理工大学健康科学与工程学院上海200093

在乒乓球人机对打过程中,球与球拍/球桌碰撞时会产生旋转,导致球体受马格努斯力的影响发生偏移,难以满足乒乓球机器人精确轨迹预测的要求,而乒乓球轨迹预测与旋转测量技术则有助于提升机器人的预测击打能力。为帮助研究人员了解乒乓球... 详细信息

在乒乓球人机对打过程中,球与球拍/球桌碰撞时会产生旋转,导致球体受马格努斯力的影响发生偏移,难以满足乒乓球机器人精确轨迹预测的要求,而乒乓球轨迹预测与旋转测量技术则有助于提升机器人的预测击打能力。为帮助研究人员了解乒乓球轨迹预测与旋转测量的研究方法和现有技术,文中对乒乓球轨迹预测与旋转测量研究新进展进行综述。基于近年来此领域的研究成果,文中对乒乓球轨迹预测与旋转测量工作进行重新分类和梳理,分析了不同方法的优缺点并整理了其中的关键问题,并对乒乓球轨迹预测与旋转测量未来的研究趋势进行了展望。

关键词：乒乓球人机对打碰撞旋转马格努斯力乒乓球机器人轨迹预测旋转测量

Sagnac干涉仪中光子轨道角动量增强的旋转测量

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Sagnac干涉仪中光子轨道角动量增强的旋转测量

作者：肖士雄南京大学

学位级别：硕士

自从激光出现之后,它一直是人们研究的热门光学测量工具。但现在人们已经不满足于基模光的研究了,对高阶模式则有着浓厚的兴趣。而携带轨道角动量(OAM)模式光的出现,令人们认识到在激光测量的领域中,除了基模光,高阶模的光将会有更好的... 详细信息

自从激光出现之后,它一直是人们研究的热门光学测量工具。但现在人们已经不满足于基模光的研究了,对高阶模式则有着浓厚的兴趣。而携带轨道角动量(OAM)模式光的出现,令人们认识到在激光测量的领域中,除了基模光,高阶模的光将会有更好的效果和更广的用途,很有可能在激光测量的领域掀起又一波革命热潮。近年来,对OAM模式的基础和应用研究越发的深入。OAM光与基模光相比,具有独特的性质,使得它有更广的用途。例如:它的螺旋相位特性,使其可以用于旋转测量、粒子操控等领域;不同阶数OAM模式之间的正交性,使其可以极大地扩展通讯信道容量,应用于经典和量子通讯领域。在以上这些研究方向,OAM光有着一般基模光无法比拟的应用潜力。OAM光在旋转测量上的应用是近年来的一个研究热点,其原理可以分为两类:直接利用OAM光横截面的相位分布性质通过干涉测量旋转;利用旋转多普勒效应进行测量。在旋转测量上,OAM具有基模光不可取代的独特优势。近年来该方向的研究趋势是通过测量方案改进优化不断提高旋转测量的精度和信噪比。本文主要研究Sagnac干涉仪中利用OAM光测量低频动态旋转信号,并且实验验证了不同OAM模式对测量精度和信噪比的提高。具体内容包括:1.构建了基于OAM光的Sagnac干涉仪,理论上巧妙利用了 Sagnac干涉仪两臂重合的特性,与Mach-Zehnder干涉仪比较,由道威棱镜引入的旋转信号得到了两倍的放大。并且通过测量不同阶数OAM光入射时道威棱镜旋转角度对应的静态信号,验证了实验系统的可靠性和稳定性。2.利用OAM光Sagnac干涉仪测量了动态旋转信号。通过压电陶瓷在道威棱镜上加载驱动信号,可以引入低频动态旋转信号;通过测量系统对不同频率驱动信号的响应,选取响应最大的频率作为输入;实验验证了OAM光束对低频动态旋转信号可以有效放大。3.在成功测量到加载信号的频率的基础上,通过入射不同阶数的OAM光,发现测量到的信号峰值与阶数成正相关,说明在测量旋转信号时,可以通过入射更高阶的OAM光提高信号强度。另外,考虑到低频处经典噪声在短测量时间内近似不变,所以这样可以有效提高测量的信噪比。

关键词： OAM光旋转测量 Sagnac干涉仪精密测量

基于永磁体标记的胶囊诊查设备旋转测量定位系统设计

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基于永磁体标记的胶囊诊查设备旋转测量定位系统设计

作者：敦煌俊秋南京医科大学

学位级别：硕士

胶囊诊查设备逐渐丰富的功能迫切的需要定位技术的协助,定位胶囊除了帮助医师准确判断病灶位置之外,还能够协助胶囊完成定点给药、定位采集液体样本等功能。通过射频信号、超声、磁电等方式实现胶囊诊查设备定位的设备巨大,限制了受监... 详细信息

胶囊诊查设备逐渐丰富的功能迫切的需要定位技术的协助,定位胶囊除了帮助医师准确判断病灶位置之外,还能够协助胶囊完成定点给药、定位采集液体样本等功能。通过射频信号、超声、磁电等方式实现胶囊诊查设备定位的设备巨大,限制了受监测者的自由。研究更合理的胶囊定位系统,对消化道疾病的诊断治疗意义重大。本文研究了一种基于永磁体标记的胶囊诊查设备旋转测量定位系统。首先建立了旋转测量的定位数学模型。使用最新的GMR磁传感器GF708将磁场强度信息转化为电压信号,通过研究传感器对不同方向、不同大小磁场展现出的电信号特性,将该传感器运用到旋转测量定位的系统中。并对采集到的信号放大滤波并进行电路设计,将处理后的电信号经模数转换后发送至上位机。其次在上位机端利用LABVIEW软件编程,读取下位机发送的信号,进行预处理并存储：使用MATLAB软件进行算法程序设计,对旋转测量的定位数据进行求解。本文对设计的系统分别进行了：1.数学模型验证,确定了旋转测量定位的科学性;2.永磁体的选择,确定了该系统各参数的测量范围;3.参数修正,测量了旋转过程中地磁场产生的影响并修改了模型各项参数,使模型更加贴合实际情况。最终,使用该系统实现了定位,并对误差进行了分析。实验结果表明,系统对永磁体平行且位于旋转平面内的随机位置实施定位,距离平均误差0.19cm,偏转角平均误差0.019rad,夹角平均误差0.049rad。其定位精度能够满足对胶囊诊查设备的定位,系统设计的定位方案切实可行。但是在空间定位的精度还有待提高。

关键词：永磁体标记定位旋转测量胶囊诊查设备

基于永磁体标记的胶囊内镜旋转测量定位模型设计

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生物医学工程学进展 2018年第2期39卷 63-68页

作者：李修寒竺明月印佳殷悦嵇敏洁吴小玲南京医科大学生物医学工程系南京210029

目的该文设计了基于永磁体标记的胶囊内镜旋转测量定位模型,为实现人体内胶囊内镜的定位奠定理论基础。方法根据Biot-Savart定律及环形电流的空间磁场分布模型,建立了全新的旋转定位模型;采用GF708型单轴磁传感器对磁场数据进行获取,并... 详细信息

目的该文设计了基于永磁体标记的胶囊内镜旋转测量定位模型,为实现人体内胶囊内镜的定位奠定理论基础。方法根据Biot-Savart定律及环形电流的空间磁场分布模型,建立了全新的旋转定位模型;采用GF708型单轴磁传感器对磁场数据进行获取,并对旋转测量的定位数据进行求解。结果永磁体位于平面内随机位置时定位结果显示,磁体距离圆心r平均误差为0.19 cm,永磁体所在半径与正北方向的偏转角的平均误差为0.019 rad,永磁体轴向同所在半径所成夹角α的平均误差为0.049 rad,实验结果证明该设计切实可行。结论旋转检测具有复杂度低、精度高、成本低等优点,对人体内胶囊内镜的定位具有潜在的应用价值。

关键词： GF708磁传感器定位模型旋转测量胶囊内镜