AFM压电微悬臂振动影响测量图像的研究

在轻敲工作模式下,原子力显微镜(AFM)压电微悬臂以较大的振幅振动。以纳米管针尖为例建立了压电微悬臂振动的数学模型并描述了纳米管尖端的振动轨迹,从纳米管尖端的振动轨迹和仿真图形的关系,指出压电微悬臂振动影响测量精度的有关参数及减小由振动产生膨胀变形的方法。根据数学图形学膨胀理论仿真出纳米管尖端振动轨迹对标准线宽模型的影响,AFM测量线宽的试验验证了上述结果。     

分布式全光纤微振动传感器研究

振动主动控制是消除干扰和提高机械加工精度的主要手段之一。振动主动控制的前提是对频率在5kHz以上微振动信号进行准确测量。针对现有光纤光栅传感器在测量高频微振动信号上存在的频率低、结构复杂、无法分布式测量等不足,采用频率调制连续波(FMCW)技术结合光强度调制,设计了一种全光纤分布式微振传感器,并通过压电换能器(PZT)微振测量实验和仿真对传感器的性能进行验证,能够分布式测量频率最高为60kHz的微振动信号。     

一种基于电流调制和DSP解调的激光自混合干涉测振仪

研究了半导体激光自混合干涉测振仪的调制与解调技术。设计了基于电流调制和DSP解调的半导体激光自混合干涉测量系统,实现对振动物体的非接触式测量。分析了激光自混合干涉测振仪的理论模型,并用Matlab进行了仿真和误差分析。研究了系统的调制解调技术及基于DSP的数据采集与处理系统。该系统体积小、成本低、易于准直。提出的测振仪能够测量振动频率在5kHz内的物体振动频率、振幅及振动波形,振动幅度测量精度可达0.325μm。     

一种光纤陀螺干涉仪光纤长度误差量测量方法

为提高光纤陀螺干涉仪保偏光纤长度误差量的测量精度,提出了一种基于四态方波调制的新的解决方法,将对光纤陀螺Sagnac干涉仪光纤长度误差量的测量转化为对探测器响应信号中尖峰脉冲的测量,并利用调制频率倍频技术实现了对尖峰脉冲的精细化测量。依据该方法设计制作了一套可检测光纤长度误差量的系统,达到了0.2 m的测量精度(2 000 m光纤)。实验结果表明,与普通保偏光纤测量方法相比,该方法测量精度高、速度快,为光纤陀螺的工程化装配提供了保障。     

复合光源实时微振动干涉测量仪

提出了一种新的实时微振动激光干涉测量仪。通过采用复合光源和反馈系统，有效地消除了激光二极管-正弦相位调制(LD-SPM)干涉仪中由电流调制所带来的测量误差和外界干扰所带来的影响，实现了物体微振动的纳米精度实时测量。     

空间调制型全偏振成像系统的角度误差优化

空间调制型全偏振成像系统利用 Savart偏光镜能够将被探测目标的4个 Stokes参数 S0~S3调制在同一幅干涉图像中,从而通过单次采集便可获得完整的偏振信息。在该系统中,半波片和检偏器的角度误差对 Stokes参数的测量精度有着不可忽略的影响。文中首先给出了包含上述两种角度误差的干涉强度调制方程,根据实际系统参数,在角度误差模型的基础上分析了当入射光为自然光、0/90线偏振光、45/135线偏振光和左/右旋圆偏振光时,角度误差对空间调制型全偏振成像系统的 Stokes参数测量精度的影响。利用这四种基态偏振光的偏振测量误差,给出了任意偏振态和偏振度的入射光偏振测量误差的表征方法,最后,文中以系统测量矩阵条件数为优化目标函数,经仿真计算得出当 Savart板厚度为 23 mm时系统测量矩阵条件取得最小值为 2.06,半波片和检偏器耦合角度误差对系统偏振测量精度的影响程度最小。     

激光扫描相位边缘检测方法的研究

在激光扫描检测技术中,被测件边缘信号的检测精度将直接影响到系统测量的精度.讨论了一种新的边缘检测方法,即对扫描激光束进行调制,并利用调制信号的相位突变提取边缘信号.采用该方法可使工件边缘的检测精度小于微米量级.     

红外成像系统:设计、分析、建模和测试XV

一、测试 1．最小可分辨温差测量的不确定性(Stephen F． Sousk等) 2．通过帧-帧测量调制传递函数值确定振动受激焦平面列阵相机的稳定精度(Jochen Barth等) 3．机载前视红外系统的测量技术和实验室-野外数据相关技术(Mark A．London等)     

用于微小位移测量的半导体激光干涉仪

近年来,由于信息技术、微电子机械系统等领域的迅速发展,对精密测量的要求越来越高。激光干涉测量具有灵敏度高、非接触性等优点,它的测量精度由于光外差技术的引入大大提高。半导体激光（LD）不仅体积小,价格低,用电省,而且波长调制简便,因而成为大多数外差干涉仪的光源。在半导体激光干涉仪中,通过直接调制LD的注入电流可以实现外差技术,但是改变注入电流来调制LD波长的同时,LD的输出光强也被调制,这将影响测量精度。光强被调制对测量的影响通常用软件的方法来补偿,但这种方法有很大的缺点。一是补偿只能是粗略的,另外软件需要根据外界条件的变化随时修正。为从根本上解决直接调制LD波长对测量的影响,本研究提出了一种间接调制激光波长的方法,采用这种方法能把这种光强度变化造成的影响降低到可以忽略的程度。     

基于扫描波长调制光谱的气体质量流量测量方法研究

基于扫描波长调制光谱方法实现了超声速气流的温度、H2O组分浓度、压强、速度以及质量流量的测量。利用两条H2O吸收谱线的谐波信号,研究了均匀流场中超声速气流多参数同时测量的方法。基于波长调制光谱技术的测量结果能准确反映均匀流场中的气体参数,然而实际流场往往具有边界层。针对具有边界层的近似均匀流场,数值仿真研究了谱线选择和边界层厚度对流场中心流测量结果的影响。仿真结果表明,随着边界层厚度不断增大,测量结果误差逐渐增大,选择对边界层温度不灵敏的吸收谱线能够有效降低边界层的影响。对超燃直连台隔离段内的超声速气流进行实验研究,结果表明基于波长调制光谱的测量方法在强噪声和强振动的环境中具有较高的测量精度。温度、H2O组分浓度、压强、速度以及质量流量测量值与预测值的最大相对偏差分别在8.2%、7.2%、2.0%、3.1%和6.4%以内。     

一种新的电子散斑微小振动测量系统

给出了一种新的电子散斑微小振动的振幅和相位测量系统,该系统将光学相移器和正弦相位调制器置于参考光路中,因而当被测物体改变时,系统勿需重新标定。采用高精度低压压电陶瓷作为光学相移器和正弦相位调制器,易于实现计算机直接控制,使系统具有很高的抗干扰能力。实验表明,该系统可以方便地对物体的微小振动（ 振幅小于３０ ｎｍ） 进行定量分析。     

基于数字全息干涉的微振动区域多点同步实时测量

为满足工程应用中对物体微振动进行区域多点同 步实时测量的需求,基于数字 全息干涉理论提出一种微振动区 域多点同步实时测量方法,构建了一套微振动多点同步测量系统。通过对高速采集的全息图 进行局部解算,采用快速振幅解算 算法,从全息图中实时提取振动表面的振动信息,实现了在较高频率下对物体表面进行nm 量级的微振动区域多点实时测量。 通过测量经高精度多普勒振动测量仪校准后的耳机振膜振动情况,对系统进行了实验验证 。实验结果表明,系统能够实时获取 物体表面的微振动信息,可同时提取任意点进行同步实时振动测量,在100～2400Hz频段内测量精度较高,平均误差为3.7%,测量区域内各点测量精度相同。     

融合双波及单波干涉的光纤位移传感系统研究

研究一种融合双波长干涉及单波长干涉的大跨距高精度光纤位移传感系统。两种波长不同的光波同时作用于光纤干涉仪中,基于波分复用技术,利用光纤光栅分离双波长干涉信号和单波长干涉信号。利用双波长干涉信号决定被测位移的幅值,使最大测量跨距扩大至毫米量级。在本系统选定的两个激光波长(分别为1 557.32nm和1 558.52nm)下,最大测距为0.5mm,通过恰当地选用传感系统中的两个激光波长,可获得更大的测距范围;利用单波长干涉信号高精度地测量位移,使系统保持单波长干涉测量精度高的优点。     

用白光干涉测量法描述化学机械抛光面

化学机械抛光(CMP)在半导体工业内获得了广泛的赞同,对控制形貌起伏的硅片表面当作首选方法。一种可供选择的基于白光测量原理之上的非接触光学形貌测量法被推出。和大多数商业化只能以纳米精度测量不透明表面的白光干涉测量仪不同,新推出的方法是通过单频相位干涉测量仪(PMI)能够以相似的精度测量透明的可变化反射像的表面结构,这个可变化的反射相也许是由于单层或多层薄膜堆叠在一个底层上的多层表面材料特性所引起的,或者是硅片上其它微结构所引起的。因而,在化学机械抛光加工处理过程中的某些不合格项,例如,碟形腐蚀,可以直接用光学形貌测量法在几秒内做出定量的检测结果。此外,这一方法也能评价附加的,例如特种专用薄膜堆叠层厚的表面特性。由于高精度和高生产能力的结合特征使得这一被提议的方法可能确定为可行的化学机械抛光加工研发和生产的监测方法。     

电调谐波长移相干涉术

为了实现一体化结构干涉仪的现场数字化检测,提出了一种电调谐波长移相干涉术,通过控制注入电流,调制半导体激光器（LD）的波长,从而实现时域移相干涉。通过优化传统的随机移相干涉模型,采用最小二乘求解线性回归模型迭代算法求解相位,抑制了电调谐的控制精度有限、LD非线性引起的不等间隔移相,以及环境震动引起的各采样点位相变化不同步的干扰。将该方法应用于现场检测的便携式斐索干涉仪上,利用其与Zygo GPI XP/D型干涉仪测量同一块光学平晶,测量结果的峰谷值偏差为9.91 nm,均方根值偏差为5.22 nm,能满足现场定量检测的精度要求。该方法还可以应用于其他类型的激光干涉仪中。     

数字全息变焦系统测量液晶空间光调制器相位调制特性

针对液晶空间光调制器(LC-SLM)应用于光信息处理等诸多领域的前提是必须准确测量出其相位调制特性曲线,本文利用全息干涉计量原理和数字全息变焦系统,提出了一种测量LC-LSM相位调制特性曲线的新方法,只需拍摄两幅数字全息图就能获得完整的相位调制特性曲线,并能够消除系统误差,从而降低对光学元件和调试精度的要求,且不需要完成衍射计算。介绍了相关的测量原理,给出了具体的实验测量过程、计算方法,实验结果表明,本文方法具有系统简单、可以消除系统误差和快速的优点。     

基于适度光反馈自混合干涉技术的微位移测量

光反馈自混合干涉技术是一种新出现的有别于传统双光束干涉的一类新的测试技术。为了在适度光反馈下进行位移的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量方法。采用条纹记数法实现大范围位移粗测,具有半波长位移分辨力;然后基于适度光反馈下小数条纹的特点,给出了小于半波长位移测量的方法,从而提高位移测量的分辨力。用绝对精度达3nm的商用压电陶瓷驱动器比对实验,结果验证了这种三角波调制外反射体在普通实验室环境噪声中可以达到纳米级的位移测量精度。实验数据处理结果表明,对于3μm以下的位移,该算法位移测量相对误差约为1.20%。     

基于光热位移原理的KDP晶体光吸收系数干涉测量方法的数学模型及结构参数优化

KDP晶体的光吸收系数是评价其光学质量的重要参数。尤其在惯性约束核聚变装置（ICF）中,其大小直接决定出射脉冲的能量及频率转换效率,因此必须对它进行高精度测量。KDP晶体光吸收系数的数量级一般在10-3/cm~10-5/cm,传统的光吸收系数检测方法已经无法满足该测量分辨率要求。文中针对KDP晶体的特点提出了一种基于光热位移原理的干涉测量方法来解决其吸收系数精密测量的问题。首先利用积分变换思想建立了KDP 晶体光吸收系数干涉测量数学模型,然后基于该模型对测量系统的结构参数进行了仿真优化,得到了系统的设计参数。     

非均匀采样条件下光纤陀螺微小角振动信号检测技术

航天器在轨运行过程中,由于内部存在多种活动部件,会使结构体产生微小角振动,微小角振动呈现振幅较小、频率较高的特点,微小角振动会造成光学载荷成像质量的下降。光纤陀螺从组成原理上具有宽频带和高灵敏度的特点,能够输出采样周期内的角度增量,可以作为微小角振动测量部件。但是,基于航天器整体时序的综合考虑,无法对光纤陀螺进行均匀采样,提出了非均匀采样条件下的频谱分析方法,将经过非均匀采样得到的整周期时间序列进行傅里叶变换,得到原始信号的幅值和频率,进而实现微小角振动的高精度检测。通过数字仿真和六自由度微振动台试验验证了上述方法的可行性,检测精度优于0.04。     

面向大振幅、长周期振动校准的零差正交激光干涉测振方法

针对零差正交干涉测量应用于超低频超大振幅标准振动台性能测试时非正交相移误差补偿困难、所需采样率极高的问题,提出了一种欠采样零差正交激光干涉测振方法。在设计消偏振分光测量光路的基础上,提出波片偏航调整方法,进行非正交相移误差的硬件实时补偿;提出基于运动状态预估的卡尔曼正交信号解调算法,对深度欠采样的干涉条纹进行相位信号解调,以大幅降低所需的采样率及产生的数据量。实验和仿真结果表明,文中方法可大幅降低零差正交干涉的非正交相移误差及其对波片角度偏差的灵敏度,且在测量超低频振动时,卡尔曼正交信号解调算法所需的采样率和每通道数据采集点数降低至奈奎斯特采样定理的0.056%。文中提出的欠采样零差正交激光干涉测振方法较好地满足超低频超大振幅标准振动测试的需求。