弹光和电光级联的组合相位调制型椭偏测量术

利用弹光调制器的偏振调制优势,提出了将弹光调制器和电光调制器级联的组合相位调制型椭偏测量术。该技术采用单光路实现信号探测,通过切换电光调制器的两个工作状态,并结合数字锁相信号处理技术来完成样品反射光的p分量和s分量的幅值比Ψ和相位差Δ的全范围高精度测量。对提出的新型椭偏测量原理进行了分析,搭建了相应的实验系统。完成了弹光调制器的调制电压峰峰值和相位调制幅值关系的定标,定标结果优于99.05%,然后还采用系统初始偏移值的方法对实验系统进行了校准。最后,运用该系统对石英玻璃反射样品进行了实验分析,得到的Ψ和Δ的测量精度分别优于0.08°和0.81°。实验结果显示系统校准有效地消除了电光调制器和弹光调制器的剩余双折射引入的测量误差;数据采集和处理时间均在ms量级。提出的测量技术具有宽光谱测量、工作稳定、重复度高、测量速率快、成本相对较低和系统便于工业自动化集成的潜在优势。     

自动旋转检偏器椭偏谱仪的研制及其应用

一、引言自动旋转检偏器椭偏谱仪是一种研究薄膜及表面的光学仪器,用于测量不同波长下,样品的折射率n、消光系数k、介电常数e_1和e_2、膜厚d 等光学参数,在物理、化学、电子、生物医学等研究中是一种十分有效的工具。1962年Budde 设计了旋转检偏器椭偏仪以后,这项技术在椭偏光测量领域获得了很大发展。1975年,Aspaes 等人报道了他们的、计算机化的高精度扫描椭偏仪,该仪器工作波长范围是2250～7200(?),ψ的精密度±0.0005°,△的精密度±0.001°。1982年,江任荣等也报道了他们建立的手动式椭圆偏振光谱仪。本文介绍我们研制的、自动旋转检偏器椭偏谱仪(简称SRAE )的结构、测量原理及应用。二、结构和工作原理SRAE 的结构如图1所示。有两种工作方式。处在工作方式Ⅰ时,检偏器和光电倍增管(简称PMT)与起偏器在同一直线上,适应于系统调试或透射式椭偏测量。SRAE 一般工作在方式Ⅱ状态,布局和定位如图1。测量时,起偏器的起偏角P 为30°,光对样品的入射角φ为70°。     

非偏振分光镜对干涉式椭偏仪测量精度的影响

提出了一种新型激光外差干涉椭偏测量术用于实现纳米级精度的薄膜厚度测量。采用偏振光p和s分量透射比、反射比、反射相移、透射相移共同表征非偏振分光镜(NPBS)的退偏效应,建立了相应的误差模型,从而研究了多层介质膜NPBS的退偏效应和方位角对椭偏参数误差的影响。研究结果表明,由环境温度、入射角和光束偏振态的变化引起的NPBS退偏参数的漂移对椭偏测量精度影响很大,且无法通过标定来降低。为实现纳米级测量精度,NPBS的对准误差需要控制在0.1°以内。相对而言,用于合光的NPBS方位角误差对测量精度影响较大,NPBS所导致的膜厚测量总误差约为1.8～2.5nm,说明NPBS是马赫曾德尔干涉式椭偏仪的一个不可忽视的误差源。     

磁光调制锁相椭偏仪与多层磁光薄膜测试系统

磁光调制锁相椭偏仪采用交流法拉第磁光调制及相敏检波来检测消光点 ,具有抗干扰能力强 ,角分辨能力高等优点。本文采用了自制的关键部件 :“高线性法拉第磁光调制器”与反馈电路来寻找消光点 ,实现了小角度偏转数字显示 ,具有速度快 ,准确性高的特点 ,而且使国产椭偏仪的角分辨由 0 .1°提高至 0 .0 1°,达到国外消光椭偏仪的水平。而且该椭偏仪的研制成功对国产磁光盘质量提高具有极大的促进作用。     

Delta-Sigma调制器在电机电流高精度测量系统中的应用研究

Delta-SigmaAD转换技术是高分辨率应用中的一项通用技术之一,其广泛用于高信号完整度和电流隔离的交流电机电流测量系统中。提出了一种应用于交流电机电流测量系统中的Σ-ΔAD转换设计,并且对ADC解调和滤波,采用了Sinc^3数字抽取滤波器对其以滤波和抽取方式进行解调,其中Sinc^3数字抽取滤波器采用现场可编程门阵列(FPGA)来设计,实现了Σ-Δ调制器输出信号的高频滤波,实现了电机电流高精度隔离采样,满足了交流电机电流测量对采样精度和响应速度的要求。     

LCD工业用自动椭偏仪的设计思路

简要介绍了椭圆偏振测量术的基本原理及自动椭偏仪,并设计制作了一台新型自动消光椭偏仪的原理样机.分析了各种可用于液晶显示器(LCD)膜系测量的技术,指出由于自动椭偏仪具有无损探测、测量准确度高和测量迅速等特点,非常适合用于LCD薄膜系统的在线监测.并且,自动椭偏仪在其他领域的测量应用前景也很好.     

椭偏光学显微成像系统中的图像采集及处理技术

椭偏光学显微成像是近几年发展起来的一种超薄膜及表面结构显示技术,它不仅为分子生物学、生物医学(尤其是分子生物医学)及分子生物材料学等领域提供了一种新的研究手段,而且在临床疾病诊断、微电子器件及纳米材料检测等方面具有潜在的应用前景.本文针对椭偏光学显微成像系统及其成像(简称“椭偏成像”)特点,提出了扩展图像量化等级法、快速采样—时间积分法和多采样点平均法以改善椭偏成像质量和样品表面定量分析的可靠性,并给出理论分析及实验结果.这些图像采集和图像处理技术在椭偏光学显微成像系统中行之有效,同时也适用于类似的图像处理系统.     

自动椭偏测厚仪测量精确度的实验研究

根据椭偏消光法和光度法原理,研制成功一台消光法和光度法兼容的自动椭偏测厚仪。本文介绍椭偏光度法的测量原理和仪器的测量过程及方法,并详细给出仪器测量精确度的实验研究结果。     

各向异性材料光学常数全自动椭偏测仪

本文介绍了一套将光度式旋转检偏器椭偏(RAE)系统同改变环境媒质、改变样品方位角、改变入射角相结合的全部测试过程由计算机控制的椭偏测试系统VMAE。它是通过改变环境媒质、光入射角以及自动改变样品方位角等方法测量多组椭偏参数,得到足够的独立方程,并通过计算机采用三种优化Powell,单纯形,转轴法方法求解多峰值超越方程组以研究光轴垂直、平行于表面的各向异性体、膜材料光学性能。并研制了一套除适用上述方法外还可兼容多波长法、多厚度法等方法的功能全面的模块集成化软件。最后通过比较实验结果与理论值的方法对系统的可靠性进行了验证。     

椭偏仪的结构原理与发展

椭偏仪是目前薄膜光学参数测量最先进的智能化仪器,本文比较系统地介绍了仪器的结构原理、测量方法和发展现状。     

关于润滑油流变特性研究中一个常用假设的深入探讨

使用一种新提出的用以确定Eyring流体有效黏度η^*的算法,针对润滑油流变特性研究中一个常用假设,即γ=△u/h进行了深入探讨,给出润滑油牛顿黏度η、Eyring流体有效黏度η^*和剪应变率γ与重载热弹流润滑副的摩擦因数μ之间的关系。结果表明：在润滑副尺度很小或类似的低温场合,传统假设γ=△u/h能够近似成立,摩擦因数主要取决于润滑油的有效黏度。然而,在润滑副尺度很大或类似的高温场合,γ=△u/h不能成立,此时摩擦因数不但与有效黏度有关,还取决于剪应变率的变化,故之前关于此类问题的摩擦因数的研究是不准确的。     

涡轮叶片三维叶尖间隙光纤检测系统

航空发动机涡轮叶片叶尖间隙呈三维变化特点,传统光纤式叶尖间隙检测系统的测量结果受维间耦合影响精度差,信息源单一。本文利用一种沿直角等腰三角排布的三路双圈同轴式光纤传感基元组成的传感探头,通过BP神经网络解耦方法,实现了从传感器输出到叶尖端面径向间隙、轴向倾角和周向倾角三维参量的解耦。设计加工三维测量光纤传感器和后续调理电路并对检测系统进行了静、动态实验验证。实验结果表明:该系统径向间隙静态测量的最大误差为47μm,标准差为10μm,轴向和周向倾角的静态测量最大误差分别为0.49°和2.32°,标准差分别为0.13°和0.36°。系统具有良好的重复性和可靠性,径向间隙的动态测量标准差小于18μm,轴向和周向倾角的动态测量标准差小0.2°和0.5°,能够满足航空发动机涡轮叶片叶尖间隙三维参量快速实时检测的需求。     

Fractal characteristic evaluation and interpolation reconstruction for surface topography of drilled composite hole wall

In this paper, an improved fractal interpolation model is proposed to reconstruct the surface topography of composite hole wall. This model adopts the maximum positive deviations and maximum negative deviations between the measured values and trend values to determine the contraction factors. Hole profiles in 24 directions are measured. Fractal parameters are calculated to evaluate the measured surface profiles. The maximum and minimum fractal dimension of the hole wall are 1.36 and 1.07, whereas the maximum and minimum fractal roughness are 4.05 × 10 ⁻⁵ and 4.36 × 10 ⁻¹⁰ m, respectively. Based on the two-dimensional evaluation results, three-dimensional surface topographies in five typical angles (0°, 45°, 90°, 135°, and 165°) are reconstructed using the improved model. Fractal parameter D _s and statistical parameters Sa, Sq, and Sz are used to evaluate the reconstructed surfaces. Average error of D _s, Sa, Sq, and Sz between the measured surfaces and the reconstructed surfaces are 1.53%, 3.60%, 5.60%, and 9.47%, respectively. Compared with the model in published literature, the proposed model has equal reconstruction effect in relatively smooth surface and is more advanced in relatively rough surface. Comparative results prove that the proposed model for calculating contraction factors is more reasonable.     

平纹编织碳纤维/Kevlar纤维增强混杂复合材料微-宏观切削去除机理研究

由于碳纤维和Kevlar纤维力学性能相差迥异,在C-K纤维混杂增强复合材料（Carbon-Kevlar fiber hybrid composite,CKFH）加工中易产生加工缺陷,比单种纤维复合材料的加工缺陷更难控制。由此,从微观和宏观角度,构建CKFH三维有限元切削模型,分析CKFH的切削去除机理及平纹编织结构对切削过程的影响机制。结果表明,在不同纤维取向下,Kevlar纤维均易产生抽丝拉毛现象,尤其当纤维取向θ=0°/180°时最为明显;纤维取向θ=0°/180°时,切屑多为卷曲片状切屑,纤维取向θ=45°、90°、135°时,两种纤维的断裂相互影响,切削表面、切屑形态均与切削方向存在密切关系,当纤维取向θ=45°时,多为细小片状切屑,纤维取向θ=90°时,切屑多为絮状块状切屑,纤维取向θ=135°时,切屑多为成块状切屑;从碳纤维切向Kevlar纤维时,Kevlar纤维出现松散、抽丝拉毛现象明显,从Kevlar纤维切向碳纤维时,在Kevlar纤维的韧性弯曲区碳纤维发生弯曲脆断、碎裂,易出现凹坑;平纹编织结构对切削应力的传递具有明显的阻断作用,有限元仿真结果与试验观测结果基本吻合。     

应用分数低阶循环相关估计单电磁矢量传感器的波达方向和极化参数

提出了一种在α和高斯混合噪声以及循环平稳干扰并存背景下基于分数低阶循环相关(FLOCC)联合估计单电磁矢量传感器波达方向(DOA)和极化参数的多重信号分类(MUSIC)方法。该方法利用信号的循环平稳特性,采用分数低阶循环相关函数抑制α和高斯混合噪声以及循环平稳干扰信号;然后利用MUSIC方法对单电磁矢量传感器的DOA和极化参数进行联合估计,并利用DOA参数与极化参数的相互独立性,将传统MUSIC方法的四维搜索简化为两次二维搜索,从而有效地减少该算法的计算量。对所提算法与基于分数低阶矩的MUSIC算法进行了实验对比。结果显示:提出的方法可充分地抑制与待测信号循环频率相异的任意循环平稳干扰信号;在α和高斯混合信噪比为0dB,信干比为3dB时,估计得到的DOA和极化参数的均方根误差分别为0.3°和0.7°,明显优于基于分数低阶矩的MUSIC方法。     

半导体双波长透射式红外干涉仪的研制及应用

采用635nm波长半导体可见光激光和10.5μm波长半导体红外激光作为干涉光源,设计了635nm和10.5μm双波段共光路透射式红外干涉仪,实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路,且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统,并采用635nm测试光分段驻点标定10.5μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ,RMS优于0.02λ,系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400mm×400mm,离轴量为800mm的离轴非球面,得到边缘最大偏差值为21.9μm,能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。     

基于响应曲面法的大型锥形件缩口成形工艺设计及多几何参数优化

提出一种适用于大型锥形件的缩口成形方法,通过主应力法对该缩口成形时的轴向缩口力与标准直壁锥形件的缩口力进行对比,得出了最佳成形方案。并基于Deform和响应曲面法讨论了该成形模具中缩口凹模母线弦高χ、内壁直空比l/h和毛坯壁厚S₀、变壁厚尺寸λ分别对缩口件高度和缩口成形力的影响,得到了两个响应变量分别关于四个自变量的回归预测模型,优化出凹模内直空结构和毛坯的最佳几何结构参数,最后通过物理试验得到验证。结果表明：当χ=6.9 mm、l/h=0.3、S₀=29.5 mm、λ=4.8 mm时,毛坯在缩口过程中未发生失稳,实时最大缩口力为1 920 kN,测量缩口件高度为1 108 mm,与模型预测结果误差均小于10%,说明了该工艺方案中缩口凹模和毛坯结构参数的可行性,其成形工艺及模具结构形式将为大型锥形产品的缩口成形提供理论指导。     

圆渐开线变截面涡旋压缩机几何性能综合分析

提出一种由不同基圆半径的圆渐开线组成的新型变截面涡旋压缩机型线，组成形式为圆渐开线Ⅰ+圆渐开线Ⅱ+圆渐开线Ⅰ。论述型线的生成方法，给出型线的一般方程，建立一系列圆渐开线变截面涡旋压缩机的几何模型。针对建立的几何模型，分析控制系数θ、φ^*、R_or对变截面涡旋压缩机几何性能的影响。以圆渐开线Ⅰ为基础，构建圆渐开线Ⅰ+高次曲线+圆渐开线Ⅰ的变截面涡旋压缩机的几何模型，综合分析两类变截面涡旋压缩机的几何性能。结果表明：θ取中值θ_M，φ^*，控制系数R_or取较大值，对应的几何性能较优。高次曲线变截面涡旋压缩机与中值θ_M对应的圆渐开线变截面涡旋压缩机相似，可相互替代。     

精密数控车床主轴热误差建模

开展了精密数控车床主轴系统热误差补偿的实验与建模方法的研究。建立了精密数控车床主轴系统轴向与径向偏转热误差补偿模型以增强其误差补偿能力,并提高机床加工精度。构建了主轴系统热误差测试平台,应用五点法测试主轴系统热误差,使用热电偶与红外热像仪测量主轴系统温升关键点温度变化数据,应用灰色综合关联分析法实现温度敏感测点辨识。构建了基于粒子滤波重采样粒子群算法的热误差预测模型,对模型预测效果进行评价。结果表明:基于粒子滤波重采样粒子群热误差补偿模型得到的轴向热误差预测残差为-1.29μm~1.55μm,建模精度为95.04%;y向热偏转误差预测残差为-4.68×10~(-6°)~9.66×10~(-6°),建模精度为91.26%;z向热偏转误差预测残差为-5.83×10~(-6°)~8.59×10~(-6°),建模精度为93.24%。实验结果证明该热误差补偿模型具有较高的预测精度,具有较强的工程应用价值。