迈克耳逊干涉仪实验 一、实验目的 了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构和调节方法，观察非定域和定域干涉条纹，测量氦氖激光的波长及钠双黄线的波长差。 二、实验原理 图1 迈克尔逊干涉仪的原理图 三、实验内容 1. 观察非定域干涉条纹： （1）调整光路，使M 1和M 2 垂直，（即M 1 // M 2 ） 打开He-Ne激光器，使激光束基本垂直M 2 面，在光源前放一小孔光阑，调 节M 2上的三个螺钉（有时还需调节M 1 后面的三个螺钉），使从小孔出射的激光 束经M 1与M 2 反射后在毛玻璃上重合，这时能在毛玻璃上看到两排光点一一重合。 （2）去掉小孔光阑，换上短焦距透镜而使光源成为发散光束，在两光束程差不太大时，在毛玻璃屏上可观察到干涉条纹，轻轻调节M 2 后的螺钉，应出现圆心基本在毛玻璃屏中心的圆条纹。 （3）转动鼓轮，观察干涉条纹的形状，疏密及中心“吞”、“吐”条纹随程差的改变而变化的情况。
2．测量He-Ne激光的波长： 以改变h，中心采用非定域的干涉条纹测波长:缓慢转动微动手轮，移动M 1 每“生出”或“吞进”50个条纹，记下对应的h值。N的总数要不小于500条，利用下式 和适当的数据处理方法求出λ值。 3.测钠黄光波长及钠黄光双线的波长差，观察条纹的可见度的变化 以钠灯为光源，调出等倾圆条纹，且观察者眼睛移动时，圆环中心条纹的改变不超过一两个。慢慢转动M2镜的位置的粗调手轮，观察干涉条纹的清晰度随光程差变化的情况。熟悉之后，改用M2镜的位置细调手轮调节，记下一系列相连的清晰度为零的M2的位置（共记10个位置）。用逐差法处理数据，根据下式求出波长差。 其中， 4. 选做内容: (1) 测量钠黄光的相干长度，观察氦氖激光的相干情况； (2) 调节观察白光干涉条纹，测定透明薄片的折射率. 以白光为干源，调节M1观察白光干涉条纹，直到被场中出现中央条纹（直线黑纹），设计方案，测量固体透明薄片的折射率或厚度。
散斑干涉实验 光信息科学与技术08级3班 组别：B17 一、实验目的 1、了解散斑的性质及特点。 2、掌握散斑和离面散斑的测试方法。 二、实验原理 1、散斑的形成 当相干光照射一个粗糙物体的表面（或通过透明的粗糙面）时，在物体表 面前的空间，可得到一种无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。要 形成散斑且散斑质量较好必须具备以下条件： （1）有能发生散射光的粗糙表面； （2）粗糙表面深度须大于入射光波长； （3）入射光线的相干度要足够高，如使用激光。 图1、散斑图像 散斑携带了散射面的丰富信息，可以通过散斑的性质来推测物体表面的性质。由于这种办法的无损、快速等诸多优点，它被广泛应用于工业控制的缺陷检测、医学的光活检等领域，且受到越来越多的关注 2、散斑的大小 散斑颗粒的大小，可用它的平均直径来表示，颗粒尺寸的严格定义是两相邻亮斑间距离的统计平均值。此值由产生散斑的激光波长及粗糙表面圆型照明区域对该散斑的孔径角' u 决定： 散斑平均半径=表示： ='0.6/M*sin u 0.6/M*NA λλ= （3） 3、散斑的光强分布 正常散斑图是杂乱无章的随机散斑图，其强度分布为负指数概率密度函数。概率最大的 强度趋于零，即黑散斑比其他强度的散斑都多。
电力系统实验指导书
第四章 电力系统功率特性和功率极限实验 一、实验目的 1． 初步掌握电力系统物理模拟实验的基本方法； 2． 加深理解功率极限的概念，在实验中体会各种提高功率极限措施的作用； 3． 通过对实验中各种现象的观察，结合所学的理论知识，培养理论结合实 际及分析问题的能力。 二、原理与说明 所谓简单电力系统，一般是指发电机通过变压器、输电线路与无限大容量母线联接而且不计各元件的电阻和导纳的输电系统。 对于简单系统，如发电机至系统d 轴和q 轴总电抗分别为X d 和X q ，则发电机的功率特性为： δδ2sin 2sin 2∑ ∑∑ ∑∑?-?+= q d q d d q Eq X X X X U X U E P 当发电机装有励磁调节器时，发电机电势E q 随运行情况而变化。根据一般励磁调节器的性能，可认为保持发电机E q （或E ）恒定。这时发电机的功率特 性可表示成： δδ2sin 2sin 2∑ ∑∑∑∑?'-'?+''='q d q d d q Eq X X X X U X U E P 或 δ'''='∑sin d q E X U E P 这时功率极限为 ∑ '='d Em X U E P 随着电力系统的发展和扩大，电力系统的稳定性问题更加突出，而提高电力系统稳定性和输送能力的最重要手段之一是尽可能提高电力系统的功率极限，从
简单电力系统功率极限的表达式看，提高功率极限可以通过发电机装设性能良好的励磁调节器以提高发电机电势、增加并联运行线路回路数或串联电容补偿等手段以减少系统电抗、受端系统维持较高的运行电压水平或输电线采用中继同步调相机或中继电力系统以稳定系统中继点电压等手段实现。 三、实验项目和方法 （一）无调节励磁时功率特性和功率极限的测定 1．网络结构变化对系统静态稳定的影响（改变x） 在相同的运行条件下（即系统电压U x、发电机电势保持E q保持不变，即并网前U x=E q），测定输电线单回线和双回线运行时，发电机的功一角特性曲线，功率极限值和达到功率极限时的功角值。同时观察并记录系统中其他运行参数（如发电机端电压等）的变化。将两种情况下的结果加以比较和分析。 实验步骤： （1）输电线路为单回线； （2）发电机与系统并列后，调节发电机使其输出的有功和无功功率为零； （3）功率角指示器调零； （4）逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节励磁； （5）观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-1中； （6）输电线路为双回线，重复上述步骤，填入表4-2中。 表4-1 单回线 020406080
万方数据
图１是剪切散斑的光路图 Ｌ：扩束镜；Ｍ：反射镜；Ｗ：Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜；Ｐ：偏振镜。楔块的楔角为ａ，肛是折射率，在像平面上被测量物体的剪切量： 觑’＝Ｄｌ（肛一１）口 同样地，如折合到物体表面的剪切量为 ｎ 既＝甄７ｉｓ．－－０＝Ｄｏ（ｐ—１）口（１） 工，ｌ 其中Ｄ。和Ｄ。分别为透镜到物体表面和到成像平面的距离。这里假设楔块的楔角是沿ｘ方向。图２为剪切散斑记录光路。同样，如楔块的楔角是沿Ｙ方向的则剪切也是沿，，方向。 图２剪切散斑记录光路 对于整个物体来说，在像平面上形成了两个互相剪切的像，它们的波前分别为： Ｕ（Ｘ，ｙ）＝ｏｔｅｘｐ［Ｏ（ｘ，，，）］（２） Ｕ（菇＋舐，Ｙ）＝ａｅｘｐ［ｏ（ｘ＋舐，Ｙ）］（３） 这里ａ表示光的振幅分布，ｐ（菇，，，）和ｐ（ｚ＋缸，Ｙ）分别表示为两个剪切像的相位分布。这样，在像平面上两个像叠加结果为： Ｕｒ＝ｒｅ（茗，Ｙ）＝ｔｙ（菇＋舐，ｙ）（４） 其光强则为： ，＝ＵｒＵｒ‘＝２ａ２［１＋ｃｏｓ∥＿］ｒ］ ∥ｘ＝秒（菇＋融，），）一日（茁，，，）（５） 当物体变形后，光波将形成一个相位的相应变化△∥。变形后的光强将变为： ，’＝２ａ２［１＋１３０８（∥ｘ＋△∥ｊ）］（６） 在剪切电子散斑干涉中，采用光电子元件（通常ＣＣＤ摄像机）进行记录并直接输入计算机。它采用与电子散斑干涉法相同的信息表征模式，即用变形前后两幅散斑图像相减，其合成的记录光强为式（５）和现代科学仪器２００８１（６）相减： Ｉｒ＝Ｉ，７（ｒ）一，（ｒ）Ｉ ＝｜４Ⅱ２ｓｉｎｈ学】ｓｉｎ学Ｉ（７）这种相减方式把本底光强或背景光强去除，而突 出了由于变形引起的相位变化△矽。的结果。当△勿。＝２ｎｏｒ＋儡ｒ／２，其中，ｌ＝０，４－１，４－２…时，，，为极大值，即为亮条纹，从（７）可以看出，通过计算机可以很快地、直接地获得表示物体位移导数的条纹图。但是由于其存在的高频散斑的调制，图像质量较差，所以，必须采用滤波以及相位处理的方法进一步处理。 ３实验设备 我们实验所采用的剪切电子散斑干涉仪是由同济大学与上海７１ｌ研究所联合研制的。剪切电子散斑干涉大多使用剪切棱镜，棱镜是由两个直角棱镜组成，当一束光垂直人射到棱镜表面上时，在后表面形成两束互相分开的，振动方向互相垂直的平面偏振光。这两束光互为参考光和物光而干涉，但其振动方向互相垂直，所以需要在棱镜后加一块偏振片，使其振动方向相同。图３为ＥＳＳＰＩ的内部构造，图４为整套设备。它的优点在于光路布置简单，两束相干光波强度基本相等，因而可达到等光强的要求。： 图３仪器内部构造 图４整套设备 万方数据
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910183242.1 (22)申请日 2019.03.12 (71)申请人 中国科学院上海光学精密机械研究 所 地址 201800 上海市嘉定区清河路390号 (72)发明人 卢云君 唐锋 王向朝 (74)专利代理机构 上海恒慧知识产权代理事务 所(特殊普通合伙) 31317 代理人 张宁展 (51)Int.Cl. G01B 9/02(2006.01) (54)发明名称 基于光栅剪切干涉的光学成像系统的波像 差检测方法 (57)摘要 基于光栅剪切干涉仪的光学成像系统的波 像差检测方法，该方法采用的光栅剪切干涉仪系 统包含：光学级照明系统、待测光学成像系统、一 维衍射光栅版、二维衍射光栅版、二维光电传感 器和计算处理单元。一维衍射光栅版和二维衍射 光栅版分别置于待测光学成像系统的物面和像 面。通过采集0、π/2、π、3π/2及N组α，π-α、2 π-α相移的干涉图(其中， s为光栅剪切干涉仪系统的剪切率)，配合一定的 剪切相位提取算法，消除所有高阶衍射级次光对 剪切相位提取精度的影响，最终提高了待测光学 成像系统的波像差检测精度。该方法具有剪切相 位提取精度高、可测的数值孔径范围大、光栅干 涉仪的剪切率可调等优点。权利要求书2页 说明书7页 附图3页CN 109900200 A 2019.06.18 C N 109900200 A
1.基于光栅剪切干涉仪的光学成像系统的波像差检测方法，该方法采用的光栅剪切干涉仪系统包含：光源及照明系统(8)、一维衍射光栅版(1)、第一三维位移台(2)、二维衍射光栅版(4)、第二三维位移台(5)、二维光电传感器(6)和计算处理单元(7)，所述的光源及照明系统(8)输出空间非相干光，所述的一维衍射光栅版(1)固定在第一三维位移台(2)上，所述的二维衍射光栅版(4)固定在第二三维位移台(5)上，所述的一维衍射光栅版(1)上包含两组光栅线方向垂直的、占空比为1:1的一维光栅，所述的二维衍射光栅版(4)上包含一组棋盘光栅，所述的二维光电传感器(6)的输出端与计算处理单元(7)相连，建立xyz坐标系，坐标系z轴方向沿着剪切干涉仪的光轴方向，坐标系的x轴沿着一维衍射光栅版(1)上线性光栅(102)的光栅线方向，坐标系的y轴沿着一维衍射光栅版(1)上线性光栅(101)的光栅线方向，设第一三维位移台(2)和第二三维位移台(5)的运动轴分别为x轴、y轴和z轴，其特征在于该方法的步骤如下： 步骤1)将待测光学成像系统(3)置于该光栅剪切干涉仪中，使光源及照明系统(8)位于待测光学成像系统(3)的物方，且二维衍射光栅版(4)位于待测光学成像系统(3)的像方，调整第一三维位移台(2)，使一维衍射光栅版(1)位于待测光学成像系统(3)的物面，调整第二三维位移台(5)，使二维衍射光栅版(4)位于待测光学成像系统(3)的像面； 步骤2)根据光栅剪切干涉仪的剪切率s 确定相移量：首先确定最大衍射级次 为 光栅剪切干涉仪系统的衍射级次依次为±1、±3、……、±(2n -1)，其中n为光栅剪切干涉仪系统中正级高阶衍射光总数或负级高阶衍射光的总数，函数ceil(X)返回大于或者等于X的最小整数，函数fix(X)返回小于或者等于X的最大整数；然后根据n确定干涉图采集时的二维衍射光栅版(4)的移动周期分别为0、1/4、1/2、3/4及 棋盘光栅周期(其中i＝2、3……n，αi ＜π且)； 步骤3)移动第一三维位移台(2)，使所述的一维光栅衍射版(1)上光栅线沿y轴方向的第一光栅(101)移入待测光学成像系统(3)的物方视场点位置，移动第二三维位移台(5)，使所述的二维衍射版(4)上的棋盘光栅移入待测成像系统(3)的像方视场点位置，棋盘光栅对角线方向与x轴(或y轴)的夹角为45度； 步骤4)沿x 轴方向对第二三维位移台(5)按照上述周期0、1/4、1/2、3/4 及 棋盘光栅周期(其中i＝2、3……n，αi ＜ π且)移动，每次移动后二维光电传感器(6)采集一幅剪切干涉图 并传输至数据处理单元(7)，总共得到3n+1幅剪 切干涉条纹图， 按下述方法计算剪切相位：权 利 要 求 书1/2页2CN 109900200 A
实验三 电力系统暂态稳定分析 电力系统暂态稳定计算实际上就是求解发电机转子运动方程的初值问题，从而得出δ-t 和ω-t 的关系曲线。每台发电机的转子运动方程是两个一阶非线性的常微分方程。因此，首先介绍常微分方程的初值问题的数值解法。 一、常微分方程的初值问题 （一）问题及求解公式的构造方法 我们讨论形如式（3-1）的一阶微分方程的初值问题 ?? ?=≤≤='00 )(),,()(y x y b x a y x f x y （3-1） 设初值问题（3-1）的解为)(x y ，为了求其数值解而采取离散化方法，在求解区间[b a ,]上取一组节点 b x x x x x a n i i =<<<<<<=+ΛΛ110 称i i i x x h -=+1（1,,1,0-=n i Λ）为步长。在等步长的情况下，步长为 n a b h -= 用i y 表示在节点i x 处解的准确值)(i x y 的近似值。 设法构造序列{}i y 所满足的一个方程（称为差分方程） ),,(1h y x h y y i i i i ??+=+ （3-2） 作为求解公式，这是一个递推公式，从（0x ，0y ）出发，采用步进方式，自左相右逐步算出)(x y 在所有节点i x 上的近似值i y （n i ,,2,1Λ=）。 在公式（3-2）中，为求1+i y 只用到前面一步的值i y ，这种方法称为单步法。在公式（3-2）中的1+i y 由i y 明显表示出，称为显式公式。而形如（3-3） ),,,(11h y y x h y y i i i i i ++?+=ψ （3-3） 的公式称为隐式公式，因为其右端ψ中还包括1+i y 。 如果由公式求1+i y 时，不止用到前一个节点的值，则称为多步法。 由式（3-1）可得
横向剪切干涉实验 PB05210153 蒋琪 实验目的 利用一个焦距为190毫米的单薄透镜的剪切干涉条纹的分布求出该透镜的轴向离焦量及初级球差比例系数。 实验元件 HeNe激光、反射镜、小焦距透镜、薄透镜（190mm）、平行玻璃扳、白屏、带变焦镜头的CCD、处理软件 准直镜 实验原理 剪切干涉是利用待测波面自身干涉的一种干涉方法，在横向剪切干涉测量中，从相互垂直方向上剪切干涉图获得的差分波前可以恢复待测的二维波前。本次实验是利用平行平板来产生横向剪切干涉的装置，由于平行平板有一定厚度和对入射光束的倾角，因此通过被检测透镜后的光波被玻璃平板前后表面反射后形成的两个波面发生横向剪切干涉，剪
切量为s ，'cos 2i dn s =，其中d 为平行平板的厚度，n 为平行平板的折射率，'i 为光线在平行平板内的折射角。S 一般为1到3毫米左右。当使用光源为氦氖激光时，由于光源的良好的时间和空间相干性，就可以看到很清晰的干涉条纹。条纹的形状反映波面的象差。 （一）扩束镜焦点A 与被测准直透镜焦点F 不重合（即物点与F 不重合），但只有轴向离焦（ ?z 不为零,y0=0）： )(),(221ηξηξ+=a W （7） 由于剪切方向在ξ方向，所以： s a s W ξηξ?12),,(= （8） 所以干涉条纹方程为：12m a s λξ= （m=0,±1, ±2,…）（为平行于η轴，间隔为12a s λ 的直条纹，剪切条纹的零级条纹在0=ξ）。 (二) 扩束镜焦点A 与被测准直透镜焦点F 不重合，只有轴向离焦（ ?z 不为零,y0=0），透镜具有初级球差（b3不为零），.剪切方向在ξ方向： 2223221)()(),(ηξηξηξ+++=b a W (9) 所以波象差方程为3 32231))(2(2),,(s b b a s s W ηηξηηξ?+++= （10） 此时亮条纹方程为： λξηξξm s b b a s =+++332231))(2(2（m=0,±1, ±2,…） (a) (b) (c)
数字散斑干涉法测量横梁的面内位移 摘要：运用数字散斑干涉法研究横梁的面内位移。数字散斑计量采用CCD记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。数字散斑计量除了可以采用相加模式外，还可以采用相减模式。采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。 关键词：数字散斑干涉法，面内位移，散斑图。 20世纪70年代采用光电子器件（摄像机）代替全息地底片记录散斑图并存储在磁带上，由摄像机输入的物体变形后的散斑图通过电子处理方法不断与磁带中存储的物体变形前的散斑图进行比较后显示器上显示散斑干涉条纹，这种方法称为电子散斑干涉法。 进入20世纪80年代，随着计算机技术、电荷耦和器件和数字图像处理技术的快速发展，散斑计量技术进入了数字化时代，出现了数字散斑干涉法。数字散斑干涉法把物体变形前后的散斑图通过采样和量化变成数字图像，通过数字图像处理再现干涉条纹或相位分布。目前，数字散斑干涉已经取代了电子散斑干涉法。 另外，随着计算机技术，光电子技术与图像处理技术的发展，出现了数字散斑相关技术。同时，基于散斑计量技术，还出现了粒子图像测速技术。数字散斑计量的基本原理与传统散斑计量（也称为光学散斑计量）相同，差别主要表现在传统散斑计量由于采用全息底片记录散斑图，因此需要进行显影和定影等冲洗过程。另外，传统散斑计量只能采用相加模式，因此必须进行滤波处理，以便消除直流分量从而显现干涉条纹。而数字散斑计量由于采用CCD 记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。另外通过CCD记录的物体变形前后的数字散斑图可以存储咋同一帧存中，也可以存储在不同的帧存中，因此数字散斑计量除了可以采用相加模式，还可以采用相减模式或相关模式。采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。 目前该技术可进行变形、振型、形状、温度分布和无损检测等方面的测量，建筑物现场监测、复合材料的无损检测、焊缝质量检测、表面粗糙度检测等方面的研究都有过详细的报道。总之，该技术在航空航天、轮机工程、土木电子及生物医学等领域的测试中有非常重要的地位。 1、实验目的 采用数字散斑干涉技术和相移干涉技术测量物体的残余变形分布，通过相位解展开技术获取残余变形场的连续相位分布。加深对散斑干涉的感性认识，学会使用数字散斑计量技术对散斑干涉进行分析以及位移的计算。 2、实验设备和器具
电力系统分析实验指导书 实验一、 电力系统功率特性和功率极限实验 （一）实验目的 1、初步掌握电力系统物理模拟实验的基本方法； 2、加深理解功率极限的概念，在实验中体会各种提高功率极限措施的作用； 3、通过对实验中各种现象的观察，结合所学的理论知识，培养理论结合实际及分析问题的能力。 （二）原理 所谓简单电力系统，一般是指发电机通过变压器、输电线路与无限大容量母线联接而且不计各元件的电阻和导纳的输电系统。 对于简单系统，如发电机至系统d 轴和q 轴总电抗分别为X d ∑和X q ∑，则发电机的功率特性为： δδ2sin 2sin 2∑ ∑∑ ∑∑?-?+= q d q d d q Eq X X X X U X U E P 当发电机装有励磁调节器时，发电机电势E q 随运行情况而变化。根据一般励磁调节器 的性能，可认为保持发电机E 'q （或E '）恒定。这时发电机的功率特性可表示成： δδ2sin 2sin 2∑ ∑∑∑∑?'-'?+''='q d q d d q Eq X X X X U X U E P 或 δ'''='∑sin d q E X U E P 这时功率极限为 ∑ '='d Em X U E P 随着电力系统的发展和扩大，电力系统的稳定性问题更加突出，而提高电力系统稳定性和输送能力的最重要手段之一是尽可能提高电力系统的功率极限，从简单电力系统功率极限的表达式看，提高功率极限可以通过发电机装设性能良好的励磁调节器以提高发电机电势、增加并联运行线路回路数或串联电容补偿等手段以减少系统电抗、受端系统维持较高的运行电压水平或输电线采用中继同步调相机或中继电力系统以稳定系统中继点电压等手段实现。
第3章剪切散斑干涉技术 3.1 剪切散斑干涉技术的概念 剪切散斑干涉技术（Shearography）因其快速准确的检测能力在航空航天领域得到广泛认可，它与红外热成像检测技术（Thermography）一样，都是一种高效率的无接触无损检测技术，可以用于进行大面积的检测，在检测同时可以提供被测构件的完整图像的即时成像功能。与Thermography 不同的是Shearography 是一种光学传感技术，它利用激光照射在构件身上产生的散斑，对构件的表面破损、变形进行全面检测，所以它也是一种散斑干涉测量技术。 Shearography源自1971年诺贝尔物理学奖得主Dennis Gabor发明的全息干涉技术（Holography），可以说Shearography属于Holography系列，是Holography的一个简化版本。 由于Holography需要在宁静、避震的环境下才能发挥出功效，香港大学机械工程学系教授洪友仁于1980年将Holography改良，于是发明了Shearography，之后便将其应用于检测汽车轮胎上，不久洛杉矶发生飞机爆胎意外，FAA开始强制要求所有航空公司必须用Shearography检测飞机轮胎，自此之后，因轮胎问题而引起的飞机意外很少有发生。 近年来美国LTI（Laser Technology Inc.）公司开始将Shearography用于飞机无损检测。他们开发出基于Shearography的标准无损检测系统，可以用来检测部件的分层、脱胶、裂纹、空隙、冲击损伤、损坏的修补部位以及任何对结构完整性造成影响的缺陷。它可以应用于许多不同材料的检测，包括碾压材料，复合材料，蜂窝结构以及泡沫材料等，尤其对蜂窝结构的检测得心应手。 Shearography起初只作为一种生产工具应用于B-2隐形轰炸机计划，经过几年的评估，它的适用性和灵敏度得到证明后，航空宇航部件生产线便全线装备这套系统，目前NASA正使用它为航天飞机、Delta IV以及X-33实验机服务。
电力系统静态、暂态稳定实验报告 一、实验目的 1．了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；2．通过实验加深对电力系统暂态稳定内容的理解 3．通过实际操作，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施 二、原理与说明 实验用一次系统接线图如图1所示： 图1. 一次系统接线图 实验中采用直流电动机来模拟原动机，原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。 为了进行测量，实验台设置了测量系统，以测量各种电量（电流、电压、功率、频率）。为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。 电力系统静态稳定问题是指电力系统受到小干扰后，各发电机能否不失同步恢复到原来稳定状态的能力。在实验中测量单回路和双回路运行时，发电机不同出力情况下各节点的电压值，并测出静态稳定极限数值记录在表格中。 电力系统暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后，各发电机能否过渡到新的稳定状态，继续保持同步运行的问题。在各种扰动中以短路故障的扰动最为严重。 正常运行时发电机功率特性为：P1＝（Eo×Uo）×sinδ1/X1； 短路运行时发电机功率特性为：P2＝（Eo×Uo）×sinδ2/X2； 故障切除发电机功率特性为：P3＝（Eo×Uo）×sinδ3/X3； 对这三个公式进行比较，我们可以知道决定功率特性发生变化与阻抗和功角特性有关。而系统保持稳定条件是切除故障角δc小于δmax，δmax可由等面积原则计算出来。本实验就是基于此原理，由于不同短路状态下，系统阻抗X2不同，同时切除故障线路不同也使X3不同，δmax也不同，使对故障切除的时间要求也不同。 同时，在故障发生时及故障切除通过强励磁增加发电机的电势，使发电机功率特性中Eo增加，使δmax增加，相应故障切除的时间也可延长；由于电力系统发生瞬间单相接地故障较多，发生瞬间单相故障时采用自动重合闸，使系统进入正常工作状态。这两种方法都有利于提高系统的稳定性。 三、实验项目与结果 双回路对称运行与单回路对称运行比较实验
实验四 电子散斑干涉测量 散斑现象普遍存在于光学成像的过程中，很早以 前牛顿就解释过恒星闪烁而行星不闪烁的现象。由于激 光的高度相干性，激光散斑的现象就更加明显。最初人 们主要研究如何减弱散斑的影响。在研究的过程中发现 散斑携带了光束和光束所通过的物体的许多信息，于是 产生了许多的应用。例如用散斑的对比度测量反射表面 的粗糙度，利用散斑的动态情况测量物体运动的速度， 利用散斑进行光学信息处理、甚至利用散斑验光等等。 激光散斑可以用曝光的办法进行测量，但最新的测量方法是利用CCD 和计算机技术，因为用此技术避免了显影和定影的过程，可以实现实时测量的目的，在科研和生产过程中得到日益广泛的应用。 一、实验原理 1.激光散斑的基本概念 激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体（例如毛玻璃）时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑（laser Speckles ）或斑纹。如果散射体足够粗糙，这种分布所形成的图样是非常特殊和美丽的（对比度为1），如图1。 激光散斑是由无规散射体被相干光照 射产生的，因此是一种随机过程。要研究 它必须使用概率统计的方法。通过统计方 法的研究，可以得到对散斑的强度分布、 对比度和散斑运动规律等特点的认识。 图2说明激光散斑具体的产生过程。 当激光照射在粗糙表面上时，表面上的每 一点都要散射光。因此在空间各点都要接 受到来自物体上各个点散射的光，这些光 虽然是相干的， 一种散斑场是在自由空间中传播而形成的（也称客观散斑），另一种是由透镜成象形成的（也称主观散斑）。在本实验中我们只研究前一种情况。当单色激光穿过具有粗糙表面的玻璃板， 图1 经CCD 采集的散斑图象
激光散斑检测中剪切散斑干涉术和相移ＥＳＰＩ技术介绍 孙小勇周克印王开福 （南京航空航天大学无损检测中心南京中国２１００１６） 摘要：本文介绍了剪切散斑干涉术和相移ＥＳＰＩ技术成像的原理，对剪切散斑干涉术和相移ＥＳＰＩ技术应用于无损检测领域中散斑图像的获取方法进行了说明，列举了两种方法所得的散斑图，并比较了剪切散斑干涉术和相移ＥＳＰＩ技术在无损检测领域的应用，可为激光散斑检测技术应用到无损检测工作提供有益的参考。 关键词：无损检测剪切散斑干涉术相移ＥＳＰＩ技术 引言：激光散斑检测技术在无损检测应用广泛。与非光测技术相比，激光散斑检测技术具有非接触，高精度和全场等优点，是无损检测领域的一种重要和新兴的检测方法，随着激光散斑测量技术的发展，采用ＣＣＤ摄像机输出干涉图像信号，可直接将输出的数字化信号与计算机连接，自动处理，并可在计算机屏幕上实时观察到干涉图形，现场应用十分方便。 在激光散斑应用于无损检测领域过程中，出现了剪切散斑干涉和相移ＥＳＰＩ两种技术，本文将就两种技术进行介绍并比较其在应用过程中的差异。 １、剪切散斑干涉技术： １．１剪切散斑干涉的原理 电子剪切散斑干涉技术能直接测定位移的微分，对于应变非常有利。其基本原理是一般散斑干涉测量和剪切机理的结合，其装置是在一般散斑干涉测量光路的透镜前加上错位元件一剪切镜，通过不同的剪切元件，形成剪切散斑。其光路如图１所示，由激光器发出的激光经扩束镜照射在具有漫反射的物体上时，漫反射的光线通过剪切镜将产生偏折，在像平面上产生两个错位的像。它们在像平面上互相干涉，形成散斑干涉图像。该图像通过透镜由ＣＣＤ经图像卡采集到计算机中，并对
电力系统暂态稳定实验 一、实验目的 1．通过实验加深对电力系统暂态稳定内容的理解，使课堂理论教学与实践结合，提高学生的感性认识。 2．学生通过实际操作，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施 3．用数字式记忆示波器测出短路时短路电流的非周期分量波形图，并进行分析。 二、原理与说明 电力系统暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后，各发电机能否继续保持同步运行的问题。在各种扰动中以短路故障的扰动最为严重。 正常运行时发电机功率特性为：P1＝（Eo×Uo）×sinδ1/X1； 短路运行时发电机功率特性为：P2＝（Eo×Uo）×sinδ2/X2； 故障切除发电机功率特性为： P3＝（Eo×Uo）×sinδ3/X3； 对这三个公式进行比较，我们可以知道决定功率特性发生变化与阻抗和功角特性有关。而系统保持稳定条件是切除故障角δc小于δmax，δmax可由等面积原则计算出来。本实验就是基于此原理，由于不同短路状态下，系统阻抗X2不同，同时切除故障线路不同也使X3不同，δmax也不同，使对故障切除的时间要求也不同。 同时，在故障发生时及故障切除通过强励磁增加发电机的电势，使发电机功率特性中Eo增加，使δmax增加，相应故障切除的时间也可延长；由于电力系统发生瞬间单相接地故障较多，发生瞬间单相故障时采用自动重合闸，使系统进入正常工作状态。这二种方法都有利于提高系统的稳定性。 三、实验项目与方法 （一）短路对电力系统暂态稳定的影响 1．短路类型对暂态稳定的影响 本实验台通过对操作台上的短路选择按钮的组合可进行单相接地短路，两相相间短路，两相接地短路和三相短路试验。 固定短路地点，短路切除时间和系统运行条件，在发电机经双回线与“无穷大”电网联网运行时，某一回线发生某种类型短路，经一定时间切除故障成单回线运行。短路的切除时间在微机保护装置中设定，同时要设定重合闸是否投切。 在手动励磁方式下通过调速器的增（减）速按钮调节发电机向电网的出力，测定不同短路运行时能保持系统稳定时发电机所能输出的最大功率，并进行比较，分析不同故障类型对暂态稳定的影 为系统可以稳定输出的极限，注意观察有功表响。将实验结果与理论分析结果进行分析比较。P max 的读数，当系统出于振荡临界状态时，记录有功表读数，最大电流读数可以从YHB－Ⅲ型微机保护装置读出，具体显示为： GL-三相过流值 GA- A相过流值
电子散斑干涉实验讲义 （电子散斑干涉术测离面位移） 1．引言 电子散斑干涉术（ESPI）测离面位移具有实时、灵敏、全场测量等特点，在变形场测量、振型测量及工业无损检测方面具有广泛的应用。 2．实验目的 了解电子散斑干涉原理、掌握干涉光路及图像处理软件。对力学专业学生还可与板的理论分析进行验证。 3．基本原理 图1是常用的均匀参考光光路图，它将分光镜B1分出的一小部分激光经扩束后照射到另一块半透半反镜而与物体漫射光相汇合而形成干涉，前者是参考光，后者是物光。 B 分光镜M:反射镜
L1:扩束镜 L2: 成像透镜 图 1。电子散斑干涉术（ESPI ）光路图 物光的光强分布为： )(ex p )()(r r u r U o o o Φ= (1) 其中)(0r u 是光波的振幅，)(0r Φ是经物体漫射后的物体光波的相位。 参考光的光强分布为： )(ex p )()(r r u r U R R R Φ= (2) 物光与参考光在CCD 靶面上汇合形成光强)(r I 为： )cos(2)(22R o R o R o u u u u r I φφ-++= (3) 当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅)(r u o 基本不变，而位相)(r o φ将改变为)()(r r o φφ?-，即 [])()(ex p )('r r r u U o o O φφ?-= (4) 其中ΔФ（r ）为由于物体变形产生的相位变化。 变形前后的参考光波维持不变。这样，变形后的合成光强)('r I 为： [])(cos 2)(22'r u u u u r I R o R o R o φφφ?--++= (5) 对变形前后的两个光强进行相减处理： )()('r I r I I -= ＝[][] )cos(2)(cos 22222R o R o R o R o R o R o u u u u r u u u u φφφφφ-++-?--++ ＝2)(sin 2)()(sin 4r r u u R o R o ??φφ?????? ??-- (6) 由式(6)可见，相减处理后的光强是一个包含有高频载波项 ????? ??--2)()(sin r R o ?φφ的低频条纹2)(sin r ??。该低频条纹取决于物体变形引起的光波相位改变。
基于衍射光学元件的多波前横向剪切干涉方法研究波前探测一直是光学领域的重要研究课题,多波前横向剪切干涉技术作为一种新型的波前探测手段,测量精度和动态范围比较高,是一种很有研究价值与实用意义的波前探测方法,在激光光束质量评价,光学系统成像质量检测、人眼像差测量和激光通信等自适应光学领域应用前景广泛。多波前横向剪切干涉技术基于国际象棋棋盘结构的衍射光学元件,将待测波前分成四支子波前,使其产生自相干涉,在一幅干涉图中包含了两个正交方向上的波前梯度信息,只需要进一步进行相位提取和波前重建便可以获得待测波前相位图像。多波前横向剪切干涉技术使用的剪切干涉设备结构简单、便于搭建波前相位探测系统,并且可以对多种波前目标进行探测,是一种性价比非常高的波前探测技术,值得研究者们继续深入研究。本文在对国内外关于多波前横向剪切干涉技术研究进展进行整理分析的基础上,进行了大量的原理仿真以及实验研究。 对多波前横向剪切干涉技术的干涉原理、波前重建以及干涉图去噪技术进行了详细的探讨和深刻的分析,并对其在静态及动态温度场的温度分布测量研究进行了充分的验证,具体开展了以下几样工作:1、通过衍射理论对多波前横向剪切干涉过程进行了数学建模,研究了多波前横向剪切干涉技术基本原理和实现途径,从夏克-哈特曼波前传感器的衍射光学模型出发,介绍了几种多波前剪切干涉技术的模型和干涉图像理论强度分布。并且根据棋盘型相位光栅的特性,采用标量衍射理论分析了二维相位光栅的衍射效率以及可能会产生误差的各种因素。2、介绍了多波前横向剪切干涉图的相位提取算法以及傅里叶变换法在相位提取中的应用。比较了不同种相位提取滤波器的特性,理论分析表明圆形光瞳下使用Gauss窗函数作为滤波器误差最小,而矩形光瞳下使用镶嵌圆柱滤波器窗函数造成的相位提取误差最小。 接下来介绍了干涉图条纹延拓技术,其中Gerchberg外插迭代法对于高载频量的干涉条纹有着较为优秀的延拓效果。3、分析了使用干涉图像中提取的波前梯度进行波前相位拟合的傅里叶积分法和Zernike法,介绍了两种方法的理论模型和适用范围,采用对波前梯度进行镜像反对称扩展的方法,消除了重建过程中由于傅里叶变换周期基函数特性与不连续边界特点发生冲突而导致的低频误差,并且进行了仿真实验来比较两种波前相位积分方法的优点和不足。4、在四波前
数字散斑干涉振动测量技术研究进展 摘要：数字散斑干涉技术（DSPI）是一种光学测试方法，具有非接触、高灵敏度、全场、实时、无损检测的特点，在振动测量方面有着较大的优势。本文从图像处理、相移技术等方面阐述了数字散斑干涉振动测量的发展现状，并对其中的关键技术进行了比较和分析。 关键词：数字散斑干涉，振动测量，数字图像处理，相移技术 Research Progress on V ibration Measurement Using Digital Speckle Pattern Interferometry Abstract:Digital speckle pattern interferometry (DSPI) is an optical testing and measuring method，a non-contact, high-sensitivity, full-field, real-time, non-destructive one, which has an advantage in vibration analysis. This paper introduces the recent progress on DSPI vibration measurement from aspects of digital image processing and phase shifting, also compares and analyzes their key technologies. Keywords:Digital speckle pattern interferometry; Vibration measurement; Digital image processing; Phase shifting 0 引言 散斑计量技术是现代光测力学技术中的一种。它具有非接触、无损、全场、高精度、实时测量的特点，在轮廓、应变、位移和振动测量方面有着广泛的应用前景[1]。目前广泛采用的振动测试技术，包括加速度传感器、应变式传感器等，由于均为单点测量，且会为结构带来附加质量，从而对振动产生影响，无法应用于微小振动测量。数字散斑干涉振动测量技术可以直接显示被测表面的模态振型，并且对环境稳定性的要求低于全息干涉方法[2]，这一系列优势使数字散斑干涉法成为激光测振技术中的一个重要分支。 采用激光散斑来研究振动测量的方法，最先由Massey于1968年开始进行研究。随后发展起来的散斑剪切干涉法[3]，从而实现了对振动中形变的导数进行测量。在最初的散斑计量技术中，用于记录散斑条纹图的介质为全息干板。此后，随着电子技术的发展，出现了采用磁带记录散斑图的测量方法，即电子散斑测量技术，最初于20世纪70年代初由J.N.Butters和J.A.Leendertz
横向剪切干涉实验 姓名:陈正学号:PB05210465 系别:6系实验目的: 利用一个焦距为190毫米的单薄透镜的剪切干涉条纹的分布求出该透镜的轴向离焦量 及初级球差比例系数。 实验原理: 实验原理见预习报告! 实验器材: 本实验需要如下器材: HeNe激光、反射镜、小焦距透镜、薄透镜（190mm）、平行玻璃扳、白屏、带变焦镜头的CCD、处理软件. 实验内容: 1,首先按照实验原理图连接好实验器材,在插入透镜之前放好剪切用的平行平 板和白屏,使二者保持平行,激光束穿过平行板中心,此时白屏上应出现两个光点,记录亮光点的距离即为剪切量,本实验的剪切量为 2.5mm. 2,在光路中插入扩束镜和准直镜,用白屏一步一步调整光路,使光路中仪器都处于同轴状态. 3,调整扩束镜于准直镜之间的距离,将符合实验原理中的符合物点A于准直镜的前焦点基本重合的位置处停下,并用AVercap采集程序记录下此时的图形,在按照实验要求分别在沿光轴方向使扩束镜沿准直镜移动3、5mm和背向准直镜移动3、2mm,并用AVercap采集程序分别记录下四个对应的图形. 4,启用“剪切干涉图应用程序”对实验对得到的图像进行处理.首先按照程序要求进行预处理,然后按照程序要求输入相关数据,点击”求解”,即可得到所需要的轴向离焦量(z)和初级球差比例系数(A) 5,将上步得到的轴向离焦量(z)和初级球差比例系数(A)于理论值进行比较. 数据处理: 1)与焦点重合时的图形如下:
2)从焦点往准直镜移动3mm时的图形如下: 3)从焦点往准直镜移动5mm时的图形如下: 4)从焦点背离准直镜移动2mm时的图形如下:
单机无穷大系统稳态实验： 一、整理实验数据，说明单回路送电和双回路送电对电力系统稳定运行的影 响，并对实验结果进行理论分析： 实验数据如下: 由实验数据，我们得到如下变化规律： （1）保证励磁不变的情况下，同一回路，随着有功输出的增加，回路上电流也在增加，这是因为输出功率P=UIcos ，机端电压不变所以电流随着功率的增加而增加； （2）励磁不变情况下，同一回路，随着输出功率的增大，电压损耗在增大；这是由于电压降落△U=(PR+QX)/U，而横向分量较小，所以电压损耗也随着输出功率的增大而增大。 单回路供电和双回路供电对电力系统稳定性均有一定的影响，其中双回路要稳定一些，单回路稳定性较差。 二、根据不同运行状态的线路首、末端和中间开关站的实验数据、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点和变化范围。 由实验数据，我们可以得到如下结论： （1）送出相同无功相同有功的情况下：单回路所需励磁电压比双回路多，线路电流大小相等，单回路的电压损耗比双回路多；（eg.P=1,Q=0.5时） （2）送出相同无功的条件下，双回路比单回路具有更好的静态稳定性，双回路能够输送的有功最大值要多于单回路； 发生这些现象的原因是：双回路电抗比单回路小，所以所需的励磁电压小一些，电压损耗也要少一些，而线路电流由于系统电压不改变；此外，由于电抗越大，稳定性越差，所以单回路具有较好的稳定性。 三、思考题： 1、影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？ 答：由静稳系数S Eq=EV/X，所以影响电力系统静态稳定性的因素主要是：系统元件电抗，系统电压大小，发电机电势以及扰动的大小。 2、提高电力系统静态稳定有哪些措施？ 答：提高静态稳定性的措施很多，但是根本性措施是缩短"电气距离"。 主要措施有: