基于光学干涉检测的若干应用研究

论文摘要

近年来,随着光电技术的飞速发展,光学干涉检测因其高精度、高灵敏度、实时、全场测量、无损等优点在超精密加工、国防军工、生命科学等领域应用广泛。在力学实验中,对被测物体进行干涉检测,获得干涉条纹图,并对干涉条纹的变化进行深入分析来解决实际问题至关重要。本文基于光学干涉检测对若干个应用进行了详细分析,具体内容为:1.介绍了光学干涉的原理和相移干涉算法,并对时间序列位相提取算法的灰度型信号与位相型信号进行了分析讨论。2.介绍了基于马赫-曾德尔干涉仪搭建的晶体生长实时监测系统,并分析了其观测原理以及图像分析处理软件的诸多功能,同时对人为引入凹槽后的晶体生长液池进行了介绍。3.提出了一种基于干涉的蛋白质生长过程中溶液浓度变化解析方法。结合位相校正方法以及位相变化与浓度变化之间的关系,计算得到溶液浓度曲线;将实验组与对照组溶液浓度曲线相减得到蛋白质位相曲线;针对水分蒸发与溶质吸附之间动态关系进行讨论,仅分析蛋白质位相曲线上升阶段,并消除蒸气压差影响,得到单一因素对蛋白质结晶过程的影响,为研究沉淀剂、添加剂等对蛋白质结晶过程的影响提供了一种新的方法。4.提出了一种基于位移补偿的离面位移实时追踪算法,详细介绍了位移补偿测量原理以及追踪算法原理。算法利用Gabor模板与位移前后的干涉条纹图子区进行卷积匹配,得到与相应子区重合的模板,计算模板位相变化量,求得位移大小及方向。在实验系统中,算法可以实现量程为210μm、测量分辨率为20nm以及时间分辨率为200ms的离面位移测量,又由于无需复杂的精确位相计算,因此拥有较强的抗散斑噪声性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRCT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究的背景及意义
•   1.2 测量技术研究现状
•     1.2.1 接触式测量
•     1.2.2 非接触测量
•       1.2.2.1 散斑干涉计量
•       1.2.2.2 全息干涉计量
•       1.2.2.3 偏振光干涉计量
•   1.3 光学干涉测量
•     1.3.1 光学干涉理论
•     1.3.2 四步相移算法
•     1.3.3 位相解包裹算法
•     1.3.4 时间序列位相提取算法
•       1.3.4.1 灰度型信号
•       1.3.4.2 位相型信号
•     1.3.5 光学干涉检测应用
•       1.3.5.1 溶液浓度测量
•       1.3.5.2 离面位移测量
•   1.4 本文的研究目的及主要工作
• 第2章 晶体生长实时监测系统
•   2.1 光学监测系统
•     2.1.1 系统原理分析
•     2.1.2 监测系统搭建
•   2.2 图像分析处理软件
•     2.2.1 寻找晶核
•     2.2.2 获得溶液浓度变化
•     2.2.3 获得晶体生长速度
•     2.2.4 识别相变点
•     2.2.5 识别晶体生长边缘
•   2.3 晶体生长液池
•   2.4 本章小结
• 第3章 基于干涉的蛋白质结晶过程浓度变化解析方法
•   3.1 浓度变化解析方法
•     3.1.1 浓度变化计算原理
•       3.1.1.1 位相校正方法
•       3.1.1.2 位相与浓度之间关系
•     3.1.2 水分蒸发与溶质吸附动态关系分析
•     3.1.3 消除蒸气压差影响
•   3.2 实验验证
•     3.2.1 实验方案
•     3.2.2 实验结果及分析
•   3.3 本章小结
• 第4章 基于位移补偿的离面位移实时追踪算法
•   4.1 位移补偿测量原理
•   4.2 追踪算法
•     4.2.1 Gabor模板
•     4.2.2 模板初始化
•     4.2.3 位移追踪计算方法
•       4.2.3.1 基于卷积全场最大值计算方法
•       4.2.3.2 基于卷积局部极大值计算方法
•     4.2.4 两种计算方法比较
•   4.3 实验结果与分析
•     4.3.1 模拟实验
•     4.3.2 干涉实验
•   4.4 讨论
•   4.5 本章小结
• 第5章 全文总结和工作展望
•   5.1 全文工作总结
•   5.2 论文创新点
•   5.3 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨润森

导师: 缪泓

关键词: 迈克尔逊干涉,马赫曾德尔干涉,位移补偿,浓度解析方法,追踪算法

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 中国科学技术大学

基金: 国家自然科学基金项目(11732009,11890683)

分类号: O436.1

总页数: 61

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