检索结果-南通市图书馆

作者：李健宏中北大学

学位级别：硕士

作为智能材料之一,超磁致伸缩材料(GMM)在航天航空、国防军工、高精度自动控制等领域的广泛应用以及器件研究显示出强大的发展潜力。使用超磁致伸缩材料的新型驱动器,相比传统的液压式、气动式、电机式驱动器,具有可靠性好、驱动方式简... 详细信息

作为智能材料之一,超磁致伸缩材料(GMM)在航天航空、国防军工、高精度自动控制等领域的广泛应用以及器件研究显示出强大的发展潜力。使用超磁致伸缩材料的新型驱动器,相比传统的液压式、气动式、电机式驱动器,具有可靠性好、驱动方式简单、能量密度大、响应速度快、电能转换率高等优异性能,然而GMM固有的迟滞非线性在一定程度上限制了超磁致伸缩驱动器的应用。迟滞建模必须综合考虑成本和耗时问题,特别是率相关迟滞建模,由于制造条件的不成熟导致组分有差异的GMM器件无法共享已有的迟滞模型,由此带来了耗时的建模过程,时间成本不断提高。鉴于上述原因,论文利用基于实例的迁移学习方法分别实现从器件的迟滞正向模型迁移到逆向模型,以及不同频率下从一个逆向模型迁移到另一个逆向模型,以达到提高迟滞建模效率的目的。首先介绍了超磁致伸缩材料的主要特性,以及迁移学习的原理与发展现状,搭建了实验数据采集平台,通过控制电压区间采集响应的位移变化,此数据作为后续迟滞建模和迁移学习的数据集。其次把超磁致伸缩材料的电压位移数据集与NARX动态神经网络结合,应用于超磁致伸缩驱动器的位移预测,目的在于探索出一种能有效拟合迟滞曲线,并且能够作为迁移回归算法基学习器的迟滞模型。对于NARX正模型而言,将分别滞后4阶的电压和位移,作为NARX动态神经网络的输入节点,当前位移作为输出节点;对于NARX逆模型而言,输出节点变为当前电压,输入节点、4阶滞后因子与正模型保持一致。这里的4阶滞后因子是通过参数反复试探后寻优得出的,其预测均方差根达到试探范围内的最小值。最后利用基于实例的两阶段Tr Ada Boost.R2迁移回归算法,将已建立的NARX动态神经网络迟滞模型作为该算法的基学习器,完成GMM迟滞正模型到逆模型的定频迁移,在此基础上,研究逆模型的变频迁移。经过模型预测结果分析,提出的迁移学习建模方法在NARX动态神经网络迟滞模型的基础上进一步提高了模型精度和迟滞建模效率,决定系数提高了2个百分点,均方根误差减小了30%。以上工作为智能材料迟滞建模中用迁移学习解决率相关问题做出了积极的探索。

关键词：超磁致伸缩材料迟滞非线性 NARX神经网络迁移学习

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基于阵列超声系统的温度场重建研究

基于阵列超声系统的温度场重建研究

作者：张凯中北大学

学位级别：硕士

随着我国工业的飞速发展,高温测量在航天、能源中占有重要的地位。但高温气流场由于温度场环境的复杂性、噪声干扰的强烈程度以及测量环境条件的恶劣程度,确保温度的准确性和实时性一直是一个极具挑战性的难题。由于高温气体具有强烈的... 详细信息

随着我国工业的飞速发展,高温测量在航天、能源中占有重要的地位。但高温气流场由于温度场环境的复杂性、噪声干扰的强烈程度以及测量环境条件的恶劣程度,确保温度的准确性和实时性一直是一个极具挑战性的难题。由于高温气体具有强烈的辐射作用和较高的热扩散系数等特点,使得高温气体在流场中随距离不断衰减,导致测量结果与实际值之间存在一定偏差。目前,传统的接触式测量方法在高温气流场的测量中表现出响应速度缓慢、无法实时反映温度场变化等问题,同时受限于其固有特性,温度测量存在上限,且可能破坏高温气流温场环境,导致较大误差。作为一种非接触式测温方法,超声波测温技术具有广泛的温度测量范围,对温场的干扰较小,传感器布置方便,能够实时反映气流温场的瞬态变化。针对高温气流场温度测量的难题,本文提出一种基于声学法测温的测量方案,主要完成了以下工作:首先,本文对声学法测温的基本理论展开研究,提出了阵列超声测温系统的总体设计方案。针对高温气流场中的复杂环境,本文选用ZYNQ作为核心系统并通过设计外围电路与非阻塞式激励时序,研制了一套抗干扰性强、刷新率高的测温系统。其次,针对最小二乘法重建温度场中丢失边缘处温度信息的缺陷,提出一种基于RBF的融合优化算法,通过仿真实验表明新的算法对边界温度信息反映更为完整,重建误差进一步减小。并对影响温度场重建精度的因素进行研究,总结出超声换能器数目、超声换能器位置布局、子区域划分方式等因素对温度场重建精度的影响规律。最后,在温度场重建算法的研究基础上,搭建测温系统进行温度场重建实验,采用对比实验对本系统以及优化算法的精度进行测试,分析数据后得出新的重建算法相对误差保持在1%,相较于最小二乘法有较高的精度提升。通过对实验数据的分析表明,本文所设计的阵列超声测温系统可以实时稳定的获取数据,并验证了本文所提出的优化算法对温度场重建的高精度性。

关键词：高温气流场阵列超声高刷新率温度场重建

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山西古琴艺术传承推广的调查研究

山西古琴艺术传承推广的调查研究

作者：侯旺中北大学

学位级别：硕士

古琴是我国一种古老的民族乐器,它不但是中国文人修养身心的一种重要手段,也是其完美人格的象征,同时它也饱含着中华民族的精神和气节。其影响之深远,为世人所珍视。山西的古琴历史发展较晚,有明确史料记载的是1919年顾卓群先生受山西... 详细信息

古琴是我国一种古老的民族乐器,它不但是中国文人修养身心的一种重要手段,也是其完美人格的象征,同时它也饱含着中华民族的精神和气节。其影响之深远,为世人所珍视。山西的古琴历史发展较晚,有明确史料记载的是1919年顾卓群先生受山西督军阎锡山的邀请入晋教琴起始,从而将古琴艺术实现了“引进来”这一概念。在内忧外患的抗日战争期间,山西地区的古琴发展也停滞不前。一九五一年,毛泽东主席亲笔题写“百花齐放,推陈出新”,意在鼓励传统文化发展。古琴这一传统艺术在党和政府的领导下又一次重现了光芒。本次研究范围是以时间为轴,从1919年顾卓群先生带领一众琴家入晋传播古琴文化开始至当今山西古琴艺术的发展现状,主要针对古琴艺术在山西本土的发展现状进行研究,并提出推进山西地区古琴艺术发展的策略。本文总共有四个章节内容,第一章简要介绍本文的研究背景、研究意义、研究成果及研究方法,运用多学科交叉法了解山西地区古琴发展现存的问题;第二章以文献分析法首先梳理中国古琴历史发展脉络,其次从“萌芽期”、“探索期”、“发展期”三个时期分别阐述早期山西地区古琴艺术的历史,并分析其发展现状,以及探究早期泛川派琴人对山西地区古琴的影响;第三章采用访谈法和个案分析法分析山西古琴艺术的发展状况,从代表人物、艺术团体、代表曲目、古琴活动及文化传统等五个方面对山西古琴现状进行进一步考察,以期对山西古琴现状有一个更全面的认识;第四章针对山西地区古琴艺术的推广方式作重点分析,结合现有的推广方式和存在的不足,提出问题并探索合理解决方案。笔者期望通过本文的探讨,能够为山西古琴艺术的发展作出一点推动贡献。

关键词：山西古琴传承推广

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低雷诺数涡轮气热耦合数值仿真研究

低雷诺数涡轮气热耦合数值仿真研究

作者：霍鑫睿中北大学

学位级别：硕士

随着涡轮性能的不断提升,涡轮叶片的气动负荷不断增加,吸力面边界层厚度随之增大,极易发生流动分离;当飞机处于高空巡航状态时,涡轮在低雷诺数环境下进行工作,涡轮内部流动情况更为复杂;对低雷诺数条件下涡轮内部流场与温度场进行准确... 详细信息

随着涡轮性能的不断提升,涡轮叶片的气动负荷不断增加,吸力面边界层厚度随之增大,极易发生流动分离;当飞机处于高空巡航状态时,涡轮在低雷诺数环境下进行工作,涡轮内部流动情况更为复杂;对低雷诺数条件下涡轮内部流场与温度场进行准确预测极为重要。随着计算流体力学的不断发展,气热耦合数值仿真技术已成为涡轮设计的重要工具。本文对高压涡轮导叶进行气热耦合数值仿真计算,并在低雷诺数条件下对涡轮内流场及温度场的影响进行仿真预测。(1)本文以带有径向冷却通道的NASA-MarkⅡ型高压涡轮导叶为研究对象,建立数值仿真计算模型,采用几种不同的湍流模型及转捩模型对叶片进行气热耦合数值仿真计算。结果表明:使用转捩模型的气热耦合数值计算结果与实验结果吻合较好。对不同湍流模型下叶片进行气热耦合数值仿真模拟计算,得出不同湍流模型下叶片表面压力的计算结果基本一致;但由于高雷诺数Standard k-ε模型与RNG k-ε模型对叶片壁面边界层流动的模拟精度不足,采用高雷诺数湍流模型模拟计算所得的温度比实验高,无量纲化叶片中径截面壁面温度最大相差0.175,绝对温度相差约142K,误差较大;叶片表面换热系数误差也相对较大。使用转捩模型可以预测边界层内转捩的产生,计算结果与实验吻合较好,精度较高;(2)针对低雷诺数工况下,雷诺数改变对高压涡轮导叶表面流动、传热影响极为显著的问题,本文通过成比例调整进口总压与出口静压的方式来达到改变雷诺数的目的,并设计12组工况模拟计算分析。结果表明:随着雷诺数的改变,叶片压力面流体的流动状态并无明显变化,而在叶片吸力面,随着雷诺数的增加叶片壁面流动分离区逐渐缩小至近乎消失不见。当雷诺数改变时,叶片表面静压系数基本不变;在雷诺数Re=1.9×10到Re=5.8×10范围内,随着雷诺数的增加,叶片表面温度总体呈现下降趋势,换热系数逐渐增加,壁面无量纲化剪切应力不断增大;(3)研究了进口湍流度对涡轮流动与换热的影响,在低雷诺数条件下,设计5组不同主流进口湍流度工况,分别进行气热耦合数值仿真计算,结果表明在所计算的范围内,主流进口湍流强度对涡轮导叶的流动与传热影响不大;设计6组不同冷流入口湍流强度工况进行气热耦合数值仿真计算,结果表明:冷流进口湍流强度Tu=1%时叶片表面温度过高,冷流进口湍流强度大于Tu=3.2%时,叶片表面温度降低,且随着湍流强度的增加叶片表面温度基本不变;(4)研究壁面粗糙度对涡轮流动与换热的影响,在低雷诺数条件下,设计5组不同壁面粗糙度工况及光滑壁面对涡轮导叶进行气热耦合数值仿真计算。结果表明,光滑壁面条件下叶片表面温度最低,且随着壁面粗糙度的增加,叶片表面温度逐渐升高。

关键词：气热耦合低雷诺数涡轮湍流转捩

基于机器学习的高考志愿个性化推荐方法研究与应用

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基于机器学习的高考志愿个性化推荐方法研究与应用

作者：宋时雨中北大学

学位级别：硕士

高考志愿填报与被录取对于广大考生而言尤为重要,极大影响考生未来的发展。以往的高考志愿填报指导基于经验,具有很大的随意性,考生存在未被录取的风险从而造成遗憾。现有的很多商用高考志愿推荐系统过多偏重个性化,实际录取率不高。高... 详细信息

高考志愿填报与被录取对于广大考生而言尤为重要,极大影响考生未来的发展。以往的高考志愿填报指导基于经验,具有很大的随意性,考生存在未被录取的风险从而造成遗憾。现有的很多商用高考志愿推荐系统过多偏重个性化,实际录取率不高。高考志愿推荐需要科学化、智能化、个性化,需要从人的经验转换为机器学习。针对这些问题,本研究运用了一种基于LSTM回归预测和FCM聚类分析相结合的高考志愿个性化推荐方法。本文的主要工作有以下几部分:(1)构建了一个六层LSTM神经网络,使用第二批本科线上共四个批次的文科理科数据进行了神经网络模型训练,对院校录取位次进行了预测和模型检验,并计算得到该数据集的皮尔逊相关系数,其中第一批本科A类的数据关联度最高,其R2值达到0.95;从第二批本科起,由于数据离散度逐步增大,预测效果随之下降。并发现了各个批次科类大概率录取的位次。对某一排位段的录取院校范围做了FCM聚类分析,分别选择院校类别、院校热度和院校地域三个角度进行聚类分析,为个性化推荐提供了重要依据。(2)对于考生进行了分类分析,选择了一本理工类和二本文史类且刚达线的考生为例,利用基于LSTM回归预测和FCM聚类分析相结合的高考志愿个性化推荐方法,对这两类考生结合个人志愿倾向做出个性化志愿推荐,并得到了较高的录取率。结果表明,本文所提出的高考志愿个性化推荐方法在个性化推荐和录取率方面均得到了保障。

关键词：高考志愿推荐 LSTM神经网络 FCM聚类分析

LFM-CPM雷达通信一体化信号同步技术研究

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LFM-CPM雷达通信一体化信号同步技术研究

作者：翟泰淞中北大学

学位级别：硕士

随着现代电子技术的蓬勃发展,卫星通信系统、智能交通系统、天地一体化系统、军用电子综合系统等军事与民用领域的典型应用不断提出新的技术要求。在这些复杂系统中存在大量多方协作的场景,资源使用特点朝着去中心化、共享化、智能化的... 详细信息

随着现代电子技术的蓬勃发展,卫星通信系统、智能交通系统、天地一体化系统、军用电子综合系统等军事与民用领域的典型应用不断提出新的技术要求。在这些复杂系统中存在大量多方协作的场景,资源使用特点朝着去中心化、共享化、智能化的方向发展。其中,雷达通信一体化方案是复杂系统高效协同工作的重要技术手段,但针对雷达通信共享信号及接收系统的同步问题仍待解决。因此,本文以近年来被广泛研究讨论的LFM-CPM信号作为雷达通信共享信号,重点对信号处理过程中的同步技术展开研究,所做的主要工作如下:首先,介绍了LFM-CPM信号的基本模型,其实质是以线性调频信号为基础,通过连续相位调制技术实现通信信息的加载,构造兼具探测与通信功能的一体化信号,并分析了所设计信号的时域与频域特征,其具有包络恒定与相位连续等特点,兼具通信与探测功能。其次,针对一体化信号在通信接收端解调时的定时同步问题,提出了基于数据辅助的匹配相关定时同步算法和非数据辅助的分数阶傅里叶变换定时同步算法,仿真结果表明,所提算法在较低的计算复杂度(log)下均能够实现接收信号的定时同步,且精度较高,前者在-15d B时精度能达到10以上,后者在-10d B之后精度能稳定在10。然后,针对一体化信号在通信接收端解调时的频率同步问题展开研究,通过分析频率失配原因建立一阶频偏与二阶频偏的理论模型,针对该特性提出改进的循环迭代式Fitz算法,使其适用于一体化信号的多参数估计场景;同时利用特殊帧结构设计,提出基于双导频的频率同步算法,通过仿真验证,二者在?∈-3KHz,3KHz与?∈-2 MHz s,2 MHz s范围内,均能实现接收信号的频率同步,其中基于双导频的频率同步算法结构简单,硬件实现较易,且同步精度在信噪比恶劣情况下始终领先于循环迭代式Fitz算法2个数量级以上。之后,对一体化信号在通信接收端解调时的相位同步技术进行研究,一方面从CPM调制信号角度分析了基于PAM分解的最大似然相位同步算法,另一方面利用一体化信号良好的自相关性提出了基于导频序列的相位同步算法,仿真结果表明,前者具有更高的估计精度,但同时非常依赖于维特比解码过程中数据的分支度量信息,估计范围仅为-π2,π2,而基于导频序列的相位同步算法能够完成-π,π的相偏估计,具有更大的估计范围,同时可以与双导频频率同步算法进行模块复用,节省接收机设计资源。最后,综合上述研究,提出一种LFM-CPM雷达通信一体化信号的定时-频率-相位联合同步算法,仿真结果表明,所提算法有效降低了一体化信号接收解调时的误码率;同时,通过软件定义无线电设备搭建的半实物仿真平台验证所提算法的有效性与可工程化,测试得出在实验室的实际信道中平均误码率为1.98×10,为算法的进一步优化与硬件实现奠定基础。

关键词：雷达通信一体化 LFM-CPM 信号处理同步技术软件无线电平台

激光合成氧化石墨烯复合材料及其太阳能界面水蒸发应用

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激光合成氧化石墨烯复合材料及其太阳能界面水蒸发应用

作者：沈洋中北大学

学位级别：硕士

由于工业的迅速发展,水资源短缺和污染深刻地影响着人类的生产生活。为解决这一问题,清洁水技术得到迅速发展。其中,太阳能界面水蒸发作为一种绿色可持续应用技术,受到了科研工作者的广泛关注。但其依然存在一些问题,如蒸发效率较低、... 详细信息

由于工业的迅速发展,水资源短缺和污染深刻地影响着人类的生产生活。为解决这一问题,清洁水技术得到迅速发展。其中,太阳能界面水蒸发作为一种绿色可持续应用技术,受到了科研工作者的广泛关注。但其依然存在一些问题,如蒸发效率较低、材料制备工艺较为复杂等。同时,由于太阳能界面水蒸发过程中蒸汽逸出,导致未蒸发水中的各类污染物浓度提升,对环境更为不利。为解决这些问题,本文利用激光制备了还原氧化石墨烯(rGO)、硫单质(S)和铜硫化物(CuS)三元复合材料,并将其与吸附能力优异的氧化石墨烯(GO)混合,对未蒸发水中的污染物进行去除,所得结论有:(1)将吸附有Cu的GO分散于硫脲溶液,利用GO的光热效应,在激光辐照下合成了rGO/S/CuS复合材料。经实验验证,其可能的合成原因为激光辐照导致硫脲水解生成HS,与Cu反应生成Cu S。由于激光热效应,Cu S发生分解,生成了S/CuS纳米复合材料。测试了复合材料的太阳能界面水蒸发性能,光强为1.0 k W·m时,蒸发速率可达2.64 kg·m-2·h-1。同时,复合材料对罗丹明B(Rh B)溶液表现出良好的光催化降解性能,在光强为1.0 k W·m的条件下降解率可达82%,复合材料对大肠杆菌(E.Coli)以及金黄葡萄球菌(S.aureus)也具有灭菌效果。(2)将rGO/S/CuS与吸附性能优良的GO混合并负载于三聚氰胺海绵(MS)上,用以在太阳能界面水蒸发过程中去除未蒸发水中污染物(染料、细菌、重金属离子)。得益于光热、光催化、吸附的协同作用,在光强为1.0 k W·m的条件下,复合材料对未蒸发水中Rh B的去除率达到79%,且保持了良好的太阳能界面水蒸发性能。同时,复合材料对未蒸发中E.Coli及S.aureus表现出较好的去除效果,对未蒸发水中重金属离子的去除率可达99%以上。

关键词：光热转换氧化石墨烯硫铜硫化物太阳能界面水蒸发

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混联腕式康复机构的设计及性能分析

混联腕式康复机构的设计及性能分析

作者：刘建国中北大学

学位级别：硕士

手腕是连接人体手掌和前手臂的一个关节,又称桡腕关节。作为全身较灵活的一个部位,腕功能的正常使用对于日常生活十分重要。但随着我国人口的老龄化,在诸多老年疾病中,脑中风尤为突出。根据相关机构统计数据,四肢麻木是轻微脑中风最常... 详细信息

手腕是连接人体手掌和前手臂的一个关节,又称桡腕关节。作为全身较灵活的一个部位,腕功能的正常使用对于日常生活十分重要。但随着我国人口的老龄化,在诸多老年疾病中,脑中风尤为突出。根据相关机构统计数据,四肢麻木是轻微脑中风最常见的后遗症,而手腕肌力张紧僵硬表现最为明显。所以损伤后的康复锻炼非常重要,很多人由于错过了最佳的康复训练时间,从而导致手腕出现了各种问题。比如手腕的旋转和屈伸功能位活动度差,甚至腕关节自由度的缺失,对患者的生活质量产生了极大的影响。故本文基于人体腕关节结构解剖学、临床康复学、空间机构学和人机工程学等相关学科理论,设计了一种新型(2-PRU-PRS)&R混联腕式康复机构,目的是能够帮助患者进行腕关节的屈曲和伸展运动、内收和外展运动以及旋前和旋后运动的康复训练。本论文主要研究的方法与内容主要有以下几个方面:1.利用构型综合原理,对混联腕式康复机构进行了构型设计。根据腕关节的生理结构和运动特征,以康复机构设计要求和空间机构理论为基础,利用构型综合原理,从腕关节康复的需求出发,对康复机构的整体结构进行设计研究。设计了一种基于(2-PRU-PRS)&R混联腕式康复机构,该机构拥有四个自由度(3R1T),能够满足脑卒中偏瘫患者腕关节的康复需求。基于节能环保的理念,为降低成本以及能源消耗,该机构采用轻型材料来替代金属材料以降低杆件的重量,实现整体机构的轻量化设计。2.利用螺旋理论,对混联腕式康复机构进行运动学分析。对机构自由度进行了分析,通过修正的Grübler-Kutzbach公式判断其结果的正确性,同时也验证了机构的自由度性质与腕关节的自由度性质的一致性;利用闭环矢量法求解出了机构的位置反解,随后又运用粒子群优化算法求解位置正解值,并求解正解值与真实值的误差即适应度,为后续对机构实现控制提供了理论基础;最后又基于有限空间极限边界搜索法,采用Matlab软件对该机构在三维空间可达的点进行搜索判断,绘制出了工作空间的图像,验证了机构动平台中心的可达工作空间满足腕关节康复训练时所需的运动范围。3.利用求导法,对混联腕式康复机构的影响系数矩阵进行了求解。基于(2-PRUPRS)&R并联机构的位置反解,求解出了能够反映支链中移动副的驱动速度与动平台速度之间的线性映射关系的速度雅可比矩阵。同时又对求解出的速度雅可比矩阵再次运用求导法,进一步求解出了加速度之间的关系,即二阶运动影响系数矩阵;并利用Adams软件对虚拟样机进行运动学仿真,得到的三条支链包括位移、速度、加速度、角速度、角加速度等各自的运动特性,验证机构的安全性。4.利用AnyBody生物力学仿真软件,对混联腕式康复机构进行了康复效果分析。通过创建真实的人体仿真环境,模拟人体在真实环境下的各种运动状态,清晰完整的分析患者在进行康复训练过程中主要参与的肌肉群的活动量、收缩量以及肌力等参数的变化情况,从而判断机构的康复训练效果。在仿真过程中人体在处于运动状态下时,受力最大的肌肉与其所自身所能承受的极限力两者之间的比值始终小于1,说明混联腕式康复机构的康复效果良好。5.对混联腕式康复机构提出了未来展望。希望接下来能够结合多学科知识,能够重新设计该机构的整体布局结构,使其更加的美观;另外将其能够融入到人机交互系统中,以提高患者对于混联腕式康复机构的接受度。本文提出的基于(2-PRU-PRS)&R机构的混联腕式康复机构成本低、构型简单且能适应不同个体之间的差异,满足不同个体腕关节的康复训练需求。通过理论分析与仿真验证,证明了康复训练机构有一定的实用价值和应用前景,也为腕关节康复训练机构的研究提供了一个新的方案与思路。

关键词： (2-PRU-PRS)&R 腕关节康复正逆解工作空间运动影响系数 AnyBody仿真

叠层炸药装药反应装甲结构设计与防护射流性能研究

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叠层炸药装药反应装甲结构设计与防护射流性能研究

作者：张华申中北大学

学位级别：硕士

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基于涡旋光场干涉的微位移测量

基于涡旋光场干涉的微位移测量

作者：刘贵香中北大学

学位级别：硕士

涡旋光是一种特殊的矢量光场,因其具有螺旋相位波前和中心相位奇异点的特性,涡旋光的光强分布呈中心为暗核的同心圆环形;另外涡旋光干涉图像中存在条纹分叉现象,使得图像对比度有所提高。随着涡旋光理论的不断完善,以及涡旋光在光学微... 详细信息

涡旋光是一种特殊的矢量光场,因其具有螺旋相位波前和中心相位奇异点的特性,涡旋光的光强分布呈中心为暗核的同心圆环形;另外涡旋光干涉图像中存在条纹分叉现象,使得图像对比度有所提高。随着涡旋光理论的不断完善,以及涡旋光在光学微操纵、超分辨率成像、光通信等领域的快速发展,研究人员越来越多地将涡旋光的相位特性应用于高精度测量领域。为了满足制造行业中对零部件更高测量精度的需求,将涡旋光引入微测量领域,可以促进光学非接触测量技术的发展,这对于该领域的进步至关重要。基于涡旋光具有螺旋相位的特性,本文提出了一种新的方案,利用涡旋光相移术来测量物体的位移。该方案主要由两部分构成,分别是测量光路的设计和图像处理。测量光路的设计是通过在传统的电子散斑光路中增加涡旋波片来实现,以涡旋光作为参考光并利用压电陶瓷来控制相移的产生,球面波作为测量光来对物体的位移进行测量。图像处理是对常用的三种滤波方法、最小二乘解包裹算法以及基于强度传输方程的相位校正的改进算法进行了研究,并比较分析了三种滤波算法的去噪效果、对比了改进前后的最小二乘解包裹算法对相位恢复的效果。在方案中,通过涡旋波片产生涡旋光,CCD相机采集含有有效信息的干涉图像,结合相移干涉原理和相位解包裹算法获得物体的位移。然后,利用光学软件Virtual Lab Fusion仿真分析方案,验证了测量方案的可行性。通过搭建以上测量方案的实验系统获得实验结果,结果表明:当位移量为15μm时,利用改进的最小二乘算法获得的物体位移比常用的最小二乘算法得到的位移误差小0.33μm。最后,将其与计算旋转角度求物体位移的方案进行对比,验证了本文方案的优越性。

关键词：涡旋光束相移干涉解包裹算法微位移测量