检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2017年第23期66卷 121-129页

作者：冯维张福民王惟婧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

在结构光三维扫描测量中,强反射表面因编码结构光照射后易产生局部镜面反射的特性,引起相机曝光饱和,淹没了所要检测的表面几何特征信息.为解决强反射表面的视觉成像难题,基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)具有调制入... 详细信息

在结构光三维扫描测量中,强反射表面因编码结构光照射后易产生局部镜面反射的特性,引起相机曝光饱和,淹没了所要检测的表面几何特征信息.为解决强反射表面的视觉成像难题,基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)具有调制入射光线空间信息的特性,本文提出一种基于DMD的自适应高动态范围成像方法.设计与搭建了一套新型可编程的计算成像系统,建立其光学系统模型,并实现了DMD微镜与CMOS像素的匹配与映射;分析了基于逐像素编码曝光的高动态范围成像原理,并设计了基于DMD的光强编码控制算法,实现对入射光线强度的自适应精确调制,从而使进入成像系统中的入射光强始终处于相机的合适曝光强度内.实验表明:该方法突破了普通数字相机的动态范围限制,能够精确地控制被测强反射表面各个区域的入射光线强弱,并实现了对强反射表面的局部过曝光区域的清晰成像.该研究成果将为从根源上解决强反射表面因局部过曝光造成的三维点云缺失问题提供重要的解决方案.

关键词：计算成像高动态范围编码曝光数字微镜器件

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漫反射接触测量中压力不敏感径向检测位置存在性研究

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光谱学与光谱分析 2018年第8期38卷 2477-2482页

作者：王志懋刘蓉徐可欣天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

近红外无创漫反射检测中光纤探头与被测组织之间接触压力变化会导致测量准确性和稳定性较差。以压力不敏感径向检测位置采集漫反射光信号,以此削弱接触压力带来的测量误差,并在Monte Carlo模拟与在体实验中验证了压力不敏感位置的存在... 详细信息

近红外无创漫反射检测中光纤探头与被测组织之间接触压力变化会导致测量准确性和稳定性较差。以压力不敏感径向检测位置采集漫反射光信号,以此削弱接触压力带来的测量误差,并在Monte Carlo模拟与在体实验中验证了压力不敏感位置的存在性。首先,结合人体皮肤结构模型和力学特性,建立了接触压力与皮肤组织参数之间的定量关系,并利用Monte Carlo模拟仿真分析了不同接触压力下1 000~1 320nm波段内,不同径向检测距离处漫反射光强的变化;其次,搭建了基于超辐射发光二极管光源的多环光纤束检测系统,在体测量了三位志愿者在不同压力下的漫反射光信号。最后,评价了人体压力不敏感径向检测位置与其他位置处接收的光信号稳定性。模拟结果表明,在距入射径向距离1.3~1.5mm范围内,接收到的漫反射光强近似不受压力变化影响,即存在压力不敏感径向检测位置。在体实验表明,在1 050,1 219和1 314nm波长下均存在压力不敏感径向检测位置,位于距入射点0.78~1.0mm范围内,初步验证了压力不敏感径向检测位置在人体的存在性,与其他径向位置相比,在压力不敏感径向检测位置处测得光强信号信噪比更高。因此,基于压力不敏感径向检测位置的测量方法可以有效降低接触压力变化对接收光谱的影响,有望提高近红外无创漫反射检测的精度。

关键词：近红外光谱无创检测压力不敏感径向检测位置接触压力

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高分辨率调频连续波激光绝对测距研究

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物理学报 2014年第18期63卷 265-270页

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

大空间精密测量在重大装备制造、空间科技、国防工业等方面发挥着重要作用,激光高精度绝对长度测量是大空间精密测量领域的重要研究课题.调频连续波激光测距是近年来激光绝对测距研究的热点,它克服了脉冲法测量分辨率低和相位法激光测... 详细信息

大空间精密测量在重大装备制造、空间科技、国防工业等方面发挥着重要作用,激光高精度绝对长度测量是大空间精密测量领域的重要研究课题.调频连续波激光测距是近年来激光绝对测距研究的热点,它克服了脉冲法测量分辨率低和相位法激光测距存在2π缠绕模糊度问题的缺点,有着测量精度高、量程大的优点.本文研究了调频连续波激光测距的原理,分析了影响其测距分辨率的主要原因,证明了利用等光频间隔采样来抑制激光调制非线性对测距结果影响的可行性.该方法可以提高测距分辨率,且系统构成简单、实用性强.搭建了光纤调频连续波激光测距系统,并加入了辅助干涉光路对测量信号进行等光频间隔采样.利用该系统进行了测距分辨率实验,实验结果表明,本系统测量分辨率可以达到50μm,测量范围达到了10m.

关键词：连续激光调频绝对测距干涉测量

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基于温度不敏感源-探测器距离的测量方法的模拟研究

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光谱学与光谱分析 2018年第10期38卷 3163-3168页

作者：吴明磊刘蓉徐可欣天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

温度变化是影响近红外无创血糖测量精度的主要因素之一。为降低温度变化对近红外漫反射光谱的影响,提出了一种基于温度不敏感源-探测器距离的测量方法,即在漫反射光强对人体组织温度变化不敏感的源-探测器距离处进行光谱测量。利用Monte... 详细信息

温度变化是影响近红外无创血糖测量精度的主要因素之一。为降低温度变化对近红外漫反射光谱的影响,提出了一种基于温度不敏感源-探测器距离的测量方法,即在漫反射光强对人体组织温度变化不敏感的源-探测器距离处进行光谱测量。利用Monte Carlo方法模拟了温度为30~40℃、葡萄糖浓度为0~300mmol·L^(-1)的皮肤组织在多个源-探测器距离处的漫反射光强。根据模拟结果,分析了人体皮肤组织模型中温度不敏感源-探测器距离的存在性及其受葡萄糖浓度变化的影响;比较了1 000nm处温度恒定和温度变动时,不同源-探测器距离处漫反射光强与葡萄糖浓度的相关性;进一步地,利用六个波长(1 000,1 050,1 100,1 150,1 350和1 410nm)下的温度不敏感源-探测器距离及其他距离处的漫反射光强,建立了葡萄糖的偏最小二乘(PLS)模型,并比较了这些模型在温度恒定和温度变动时的预测精度。结果表明,在1 000~1 440nm范围内,人体存在温度不敏感源-探测器距离,且葡萄糖浓度变化对该距离的影响可以忽略不计;当组织温度变化时,温度不敏感源-探测器距离处的漫反射光强与葡萄糖浓度的相关性及建模效果均明显优于其他源-探测器距离,基本接近样品温度恒定时的情况。研究表明,基于温度不敏感源-探测器距离的测量方法能有效降低温度变化对漫反射光强的影响,有望提高近红外漫反射无创血糖测量的精度。

关键词：近红外漫反射光强无创血糖测量 Monte Carlo模拟温度不敏感源-探测器距离

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实际加工表面红外激光散射特性的实验研究

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物理学报 2013年第24期62卷 155-160页

作者：朱元庆曲兴华张福民陶会荣天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

为了研究激光在实际加工表面的散射特性,利用分辨率为10 nW的激光功率计PM100D,波长为1550 nm的激光器和精密转台,自行设计并搭建了半球空间中目标表面散射特性的测量系统.以典型的刨床加工的若干标准粗糙度比较样块为被测目标,在1550 n... 详细信息

为了研究激光在实际加工表面的散射特性,利用分辨率为10 nW的激光功率计PM100D,波长为1550 nm的激光器和精密转台,自行设计并搭建了半球空间中目标表面散射特性的测量系统.以典型的刨床加工的若干标准粗糙度比较样块为被测目标,在1550 nm红外激光以不同方位照射下,测量了微观具有V形槽结构的不同粗糙度的样块表面的散射功率分布.实验结果转换成双向反射分布函数后,对比分析了入射光方位、入射角和表面粗糙度对此类典型表面散射特性的影响,并分析了特殊散射场形成的原因.结果表明,表面纹理、入射角以及粗糙度均对目标表面的散射特性有规律性影响,这一结果对于具有规律性加工纹理表面的散射特性的研究和建模有一定的参考价值,对激光技术在实际加工表面的应用研究提供了一定的基础.

关键词：散射特性双向反射分布函数红外激光实际加工表面

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温度干扰下的葡萄糖水溶液近红外光谱修正方法与比较

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光谱学与光谱分析 2017年第11期37卷 3391-3398页

作者：孙翠迎韩同帅郭超盛伟楠刘瑾天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

水的近红外吸收光谱受温度影响较大,采用近红外光谱法对水溶液样本进行成分测量时,温度的影响不能忽视。特别对于葡萄糖这种弱吸收成分,温度的微小变化会对其测量精度造成较大影响。实验发现葡萄糖水溶液在30℃附近时,温度每变化1摄氏度... 详细信息

水的近红外吸收光谱受温度影响较大,采用近红外光谱法对水溶液样本进行成分测量时,温度的影响不能忽视。特别对于葡萄糖这种弱吸收成分,温度的微小变化会对其测量精度造成较大影响。实验发现葡萄糖水溶液在30℃附近时,温度每变化1摄氏度,在1 160nm处溶液的吸光度变异系数约0.344 7%,这个变化约相当于500~600mg·dL^(-1)葡萄糖浓度引起的溶液吸光度变化量。将近年来发展的几种化学计量学方法用于温度扰动下葡萄糖水溶液的光谱修正,以提高葡萄糖测量精度,具体包括广义最小二乘加权法(GLSW)和外部参数正交化方法(EPO)。对不同温度的葡萄糖水溶液样品在900~1 350nm的光谱进行采集,测试了两种方法对温度变化后光谱的修正效果,考察了修正后光谱的葡萄糖预测误差,并与传统的考虑温度变量的多变量回归方法—偏最小二乘(PLS)回归法进行了比较。结果表明,GLSW和EPO方法对不同温度下的溶液光谱有好的校正效果,不同温度下溶液光谱的变异系数得到显著改善,同时两种方法在模型复杂性、温度修正效果等方面都优于传统方法。研究可推广到其他水份含量较大的样品测试场合,也对人体组织中的葡萄糖测量有借鉴价值。

关键词：近红外光谱法(NIR spectroscopy) 外部参数正交化(EPO) 广义最小二乘加权(GLSW) 葡萄糖测量温度修正

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激光多普勒差动检波装置的信号研究(英文)

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光子学报 2005年第2期34卷 199-201页

作者：贺顺忠刘金凤蒋诚志杜振辉天津大学精密测试计量与仪器国家重点实验室天津300072

研究了差动多普勒技术和锁相放大器的频率跟踪技术,设计了一种精度高、动态范围大的激光多普勒差动检波系统.此系统结构紧凑,安装调节方便,可以充分利用激光光能.而且,它把两束高斯光束的束腰聚焦在被测物体上,获得了最小光斑和平面波... 详细信息

研究了差动多普勒技术和锁相放大器的频率跟踪技术,设计了一种精度高、动态范围大的激光多普勒差动检波系统.此系统结构紧凑,安装调节方便,可以充分利用激光光能.而且,它把两束高斯光束的束腰聚焦在被测物体上,获得了最小光斑和平面波的叠加,提高了分辨力、信噪比和信号强度.采用频率自动跟踪技术来解决信号丢失问题,抑制了各种噪声和干扰.模拟实验证明,振幅测量精度为 1%,频率为 0. 6%;分辨力为 50nm,技术指标是令人满意的.

关键词：激光多普勒差动检波锁相放大器频率跟踪频率电压转换模拟振动测量

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一种基于电光调制光频梳光谱干涉的绝对测距方法

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物理学报 2020年第9期69卷 90-102页

作者：赵显宇曲兴华陈嘉伟郑继辉王金栋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

提出了一种基于电光调制光学频率梳的光谱干涉测距方法.理论分析了电光调制光学频率梳的数学模型和光谱扩展原理,并分析得出了光谱干涉测距方法的非模糊范围和分辨力的影响因素.在实验中,使用三只级联的电光相位调制器调制单频连续波激... 详细信息

提出了一种基于电光调制光学频率梳的光谱干涉测距方法.理论分析了电光调制光学频率梳的数学模型和光谱扩展原理,并分析得出了光谱干涉测距方法的非模糊范围和分辨力的影响因素.在实验中,使用三只级联的电光相位调制器调制单频连续波激光生成了40多阶高功率梳齿状边带,并通过单模光纤和高非线性光纤对电光调制器输出的激光进行光谱扩展,得到重复频率为10 GHz,光谱宽度达30 nm的光学频率梳.将该光频梳作为光谱干涉测距装置的光源,可以实现无"死区"的绝对距离测量.另外,使用等频率间隔重采样和二次方程脉冲峰值拟合算法对测量结果进行数据处理,可以修正系统误差,提升测距精度.实验结果表明,在1 m的测量范围内,使用该装置可以在任意位置达到±15μm以内的绝对测距精度.

关键词：光学频率梳电光调制光谱干涉绝对测距

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皮肤真皮层厚度对近红外光谱法无创血糖测量影响的仿真

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光谱学与光谱分析 2023年第9期43卷 2699-2704页

作者：刘文博刘瑾韩同帅葛晴刘蓉天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

在基于近红外光谱法的无创血糖测量领域,受人体皮肤状态波动的影响,血糖预测模型无法长时间使用,极大地限制了该方法在临床上的应用。皮肤血流灌注是与人体生理状态密切相关的参数,直接影响着皮肤中水分的流动,它还难以像温度、压力那... 详细信息

在基于近红外光谱法的无创血糖测量领域,受人体皮肤状态波动的影响,血糖预测模型无法长时间使用,极大地限制了该方法在临床上的应用。皮肤血流灌注是与人体生理状态密切相关的参数,直接影响着皮肤中水分的流动,它还难以像温度、压力那样借助外部手段进行控制。在皮肤光谱的测量中,血流灌注会通过水分的迁移间接影响真皮层的厚度,并使得光谱产生较大变化。借助蒙特卡洛模拟方法仿真了在1000~1700 nm波段真皮层厚度变化±30μm时三层皮肤的漫反射光强、光子穿透深度与平均光程,研究了真皮层厚度变化后的光谱变化规律。对两个光源-探测器距离下的衰减度进行差分,用于消除真皮层厚度变化的影响,对1000~1700 nm的波长均给出了适宜的差分测量距离。发现1200 nm波长附近,当真皮层厚度变化时,漫反射衰减度在每个测量距离下的变化都非常小,因此是较适宜的测量波长。而对于水的吸收峰1450 nm附近的波长而言,漫反射衰减度随着光源-探测器距离的增加而变大,且在一定范围内急剧变化;因此,应避免选择这些光源-探测器距离。对于常用的血糖测量波长1200、1300及1600 nm波长而言,光源-探测器距离可选在小于0.1 cm或大于0.4 cm的范围,此处漫反射衰减度变化随着光源-探测器距离变化较缓慢,采用差分处理可较好地消除真皮层厚度变化对光谱的影响。考虑到不同光源-探测器距离下对应的真皮层光子百分比不同,可选择主要对应于真皮层的光源-探测器距离,该工作采取80%真皮光子百分比为界限。综上,综合现有仪器能达到的测量精度水平,对于1200、1300和1600 nm波长,可选择0.03~0.1 cm范围内的两个光源-探测器距离进行差分测量,可以较好地抑制真皮层厚度变化的影响,从而有效减小皮肤血流灌注变动的影响。

关键词：近红外漫反射光谱法无创血糖测量蒙特卡洛模拟皮肤血流灌注三层皮肤模型真皮层厚度差分测量

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基于重采样技术的调频连续波激光绝对测距高精度及快速测量方法研究

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物理学报 2015年第23期64卷 35-41页

作者：孟祥松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

调频连续波激光测距方法可以实现高精度的大尺寸绝对距离测量,且测量过程无需合作目标,在大空间坐标精密测量领域有很高的研究价值.而如何提高测量分辨率和实用化一直是近年来调频连续波激光绝对测距研究的热点.本文研究了调频连续波激... 详细信息

调频连续波激光测距方法可以实现高精度的大尺寸绝对距离测量,且测量过程无需合作目标,在大空间坐标精密测量领域有很高的研究价值.而如何提高测量分辨率和实用化一直是近年来调频连续波激光绝对测距研究的热点.本文研究了调频连续波激光测距的原理,基于双光路调频连续波激光测距系统,提出了通过信号拼接提高测量分辨率的信号处理优化方案,该方案可以提高测距分辨率,且可以降低对激光器的性能要求;提出了可实现高速测量的简易测量方法.设计加工了双光路光纤调频连续波激光测距系统,利用该系统进行了测距分辨率及测距误差标定实验,实验结果表明:优化方案可以有效地提高测量分辨率和测量效率,在26 m测量范围内,测距分辨率达到了50μm,测距误差不超过100μm;快速测量方案有较高实用价值.

关键词：连续激光调频绝对测距干涉测量

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