快速反射镜系统用光栅测微仪

为了精确控制FSM系统中平面反射镜的偏转角度,研制了专用型光栅测微仪对其进行位置测量,以实现系统的闭环控制.在明确了FSM系统对测微仪应用需求的基础上,根据其技术原理,对光栅测微仪的小型滑轨、标尺光栅图案、指示光栅图案、绝对零位编码、指示光栅移相以及接触探头分别进行了设计与选择.经精密加工、装配、调试后,所得光栅测微仪...     

衍射法X射线激光分束光栅平行度测量系统(英文)

介绍了软X射线光栅分束镜Mach-Zehnder干涉等离子体诊断系统调整用双频光栅线条平行度的衍射法测量系统.该系统主要由激光器,准直镜,待测光栅,精密转台(含角度测量仪),直线工作台,光栅调节架和探测器组成.分析了系统中各种误差对测量精度的影响其中包括距离测量误差、波长误差、光栅准直误差即光栅刻线与入射光和反射光组成的平面不垂直、光栅转动过程的误差、光栅表面面型误差、探测器误差,经计算得到系统的绝对误差为minute.计算表明,该系统的测量精度满足软X射线Mach-Zehnder干涉系统对双频调整光栅的性能要求.     

直角切口柔性平行四杆机构的输出位移分析

柔性铰链是目前被广泛用于微动机器人的主要部件之一.为了深入分析精密传动用柔性平行四杆机构的位移性能,利用材料力学弯曲变形理论的挠曲线近似微分方程,建立了计算直角切口柔性平行四杆机构输出位移的数学模型.设计了一个简单的柔性平行四杆机构模型,采用MATLAB 7.0软件对其进行理论计算,并利用商用软件ANSYS 10.0进行有限元分析.采用线切割的方法加工了一个样件,并进行了相关实验.最终结果表明：数学模型的理论值与有限元仿真值很接近,但与实际样件的实验值有一定的误差.通过误差分析,证实了存在这种误差的合理性,从而验证了所建数学模型具有较高的参考价值,可以作为柔性铰链平行四杆机构行程优化设计的指导理论.     

直角柔性铰链单平行四杆机构输出位移分析

为了分析直角柔性铰链单平行四杆机构在导向过程中的导向位移及耦合位移,根据其结构的对称性,在对支撑结构进行受力分析和变形分析的基础上建立了单个支撑的半段梁模型,采用椭圆积分法推导了导向梁在大载荷下导向位移及耦合位移计算公式,最后采用有限元方法和实验对理论模型进行验证,并分析了造成理论值、仿真值和实验值之间出现误差的原因.研究结果表明,在柔性梁的弹性范围内,力与导向位移近似成线性关系,与耦合位移成类指数关系,理论值和实验值之间的最大误差分别为5.1%和8.5%;理论、仿真和实验所得的导向位移-耦合位移曲线基本重合.     

光栅位移测量系统的误差自修正方法研究

文中介绍的误差自修正方法是通过光栅位移测量系统中单片机对光栅传感器的多个零位信号进行计数,并根据测量值和系统设定值得到的误差函数自动进行误差修正.实验结果表明,该方法对光栅位移测量系统的误差既可自动进行有效的修正,又可提高系统的测量精度.     

综合验光仪检定装置研制

为了解决综合验光仪的计量检定,研制了基于自准直清晰度法的综合验光仪球镜度、柱镜度、柱镜轴位、中心误差光电检测系统.该系统采用光栅测长传感器实现凹面反射镜位移的精密测量,采用角度编码器实现目标十字线分划板角位移的传感,使用CCD实现图像采集,利用计算机实现分析及测量.分析了影响测量精度和范围的因素,设计了综合验光仪的光学系统、关键物镜,给出了光电参数,仪器可溯源至顶焦度国家基准.理论分析和实验结果表明,该装置用于检测综合验光仪时球镜顶焦度扩展不确定度可达到(0.03～0.08)m-1(k=2),满足综合验光仪的检定需求.     

计量光栅空间位姿参数光场输出模型与仿真

光栅安装或应用过程中光栅传感器指示光栅、标尺光栅相互位置发生改变,导致莫尔条纹发生畸变,直接影响着测量精度和后续处理系统的复杂程度.本文采用傅里叶频谱分析方法,建立包含指示光栅、标尺光栅位置姿态参数的光场输出模型,给出了两栅不平行时输出光场的数学表达式,对主要影响因子进行了较详细的分析,并在Matlab中进行了仿真,给...     

彩色CRT偏转误差及测量方法的研究

彩色CRT的偏转误差主要包括会聚误差和光栅误差,测量会聚误差和光栅误差是验证偏转线圈偏转特性的重要手段.会聚误差取决于R/G/B三束在屏上相互之间的距离量,而G束形状则决定了屏上光栅的误差量.基于彩色CRT光点测试系统所配置的一种高精度且又灵活的多功能测试系统,其测量对象是经过偏转线圈自身会聚及光栅误差校正的"裸管"."双光点测量法"的应用可完全消除会聚误差测量中的驱动抖动误差,而运用"单线测量法"可使光栅误差测量过程最简化.因此,测试系统能最大限度地重复运用测量设备,并以最简化的系统配置实施精确的测量.     

基于MEMS闪耀光栅的波分复用器的研究

针对刻划光栅因周期误差和刻线的不平整所带来的鬼线和杂散光的不足和缺陷,提出了基于MEMS闪耀光栅的波分复用器的构成方法,介绍了基于MEMS闪耀光栅的波分复用器的基本组成,介绍了MEMS闪耀光栅的工艺实现以及提高其衍射效率的方案.在LabVIEW中对MEMS闪耀光栅进行了数值仿真分析,同时在ZEMAX中对波分复用器进行了光线追迹,其结果证明了MEMS闪耀光栅应用于波分复用器中的可行性.     

基于视觉的微机器人结肠镜运动导航

设计出一种用形状记忆合金驱动的头部转动机构和一种基于视觉的控制算法,用其进行了微机器人结肠镜在肠道内的自主导航研究.建立了转动机构模型,推导出记忆合金弹簧位移和偏转角度之间的关系.针对人体腔道内图像特点,使用腐蚀生长法找到腔道中心,反推出头舱的偏转角度和记忆合金弹簧位移.基于Preisach模型,提出了记忆合金驱动的前馈控制算法,进行了数字仿真和猪大肠内离体试验.结果表明,控制算法偏转误差小于2.6°,具有良好的实时性.该系统灵活可靠、控制方便,为主动式无创诊疗内窥镜的临床应用奠定了基础.     

自准直经纬仪测角系统及不确定度分析

针对结构和安装条件限制下无法直接测量安装反射镜垂直角的问题,设计了利用光电自准直经纬仪通过中间反射镜测量安装反射镜垂直角的测量系统.分析了该角度测量方法的原理,给出了测量系统的空间解算模型,利用该数学模型可修正中间反射镜的安装角度所引入的误差.在此基础上通过实验,验证了测量系统的有效性.对测量系统各不确定度分量进行了分析,得扩展不确定度为5.90″,满足了设计要求.     

长度计量基础知识讲座(四十六) 第四十六讲 自准直仪

<正>1概述1.1自准直的基本原理自准直的基本原理如图1所示。从物镜1出射的平行光(成像在无穷远处),经平面反射镜2反射回来后,重新进入物镜,在物体所在的平面内形成物体的实像。图1自准直的基本原理如果反射镜与自准直仪光轴不垂直,有一微小倾斜角α,则反射光线的偏转角为2α,此偏转角的大小以自准像在物镜焦平面上的线位移s来表示:     

静电排斥驱动六边形MEMS微镜

为消除静电吸引型微镜因存在静电吸合效应而导致的短路现象,基于电场的非均匀分布可以产生静电排斥力的原理,设计了一种静电排斥型六边形微机械反射镜.微镜包含7组驱动电极,最大的一组驱动电极由镜面和其正下方的六边形下电极组成,其他6组分别位于微镜的各条边上,其中3组为梳齿结构,另外3组为U形弹簧,镜面由3组U形弹簧支撑.利用有限元软件对微镜频率响应和暂态响应特性进行了仿真,结果表明谐振频率高达7kHz,暂态响应时间小于0.0003s.利用表面硅工艺加工出了样片,并用白光干涉仪对其静态位移特性进行了测试,在50V直流电压下微镜位移量为0.7μm.由结果可知该微镜可消除静电吸合效应.故该微镜不仅可用于对反射光进行光程和相位的调制,也可用于自适应光学系统中波前畸变的校正.     

综合验光仪检定装置研制

为了解决综合验光仪的计量检定,研制了基于自准直清晰度法的综合验光仪球镜度、柱镜度、柱镜轴位、中心误差光电检测系统。该系统采用光栅测长传感器实现凹面反射镜位移的精密测量,采用角度编码器实现目标十字线分划板角位移的传感,使用CCD实现图像采集,利用计算机实现分析及测量。分析了影响测量精度和范围的因素,设计了综合验光仪的光学系统、关键物镜,给出了光电参数,仪器可溯源至顶焦度国家基准。理论分析和实验结果表明,该装置用于检测综合验光仪时球镜顶焦度扩展不确定度可达到(0.03～0.08) m~(-1)(k=2),满足综合验光仪的检定需求。     

GKJ-1.8m激光自动线位移刻检系统检测长光栅传感器误差分析及评定

对"ＧＫＪ－１．８ｍ激光自动线位移刻检系统"进行了较系统的误差分析,用仪器的系统误差和随机误差合成的方法,评定本仪器测试长光栅传感器光栅位置误差的不确定度．     

反射式仪表刻度盘的刻度

某些反射式仪表或测量系统，如检流计、光线示波器、测量转台低转速的反光机构以及其它光学仪器等，其指示部分多是平直的线性均匀刻度盘。采用这种刻度盘定地指示被测信号的变化还是可以的；但是，由于一般反射镜偏转角与被测信号是正比关系，而反射光点在刻度盘上的偏移量与反射镜偏转角（或被测信号）不是线性关系，所以，采用这种刻度盘定量地测定被测信号会产生误差。为此，要对线性刻度盘进行非线性修正。1偏移误差在测量过程中，当反射镜偏转a角时，则新位置的反射镜法线ON与原位法线OC夹角，根据光杠杆原理，反射光线与入射光线的…     

光栅计量型的垂直扫描位移工作台及其误差分析

为满足精密测量中垂直扫描白光干涉以及千分表、电感位移传感器、表面粗糙度触针位移传感器标定对垂直方向的高精度定位和高分辨率运动要求,研制出一种纳米级垂直扫描位移工作台.该工作台采用柔性铰链结构,压电陶瓷驱动位移,满足纳米级微位移驱动要求,同时利用两级杠杆放大结构,扩大了位移行程.针对压电陶瓷驱动的位移随电压变化的非线性特点,利用衍射光栅对压电驱动进行实时监控,对这种非线性误差进行实时补偿.衍射光栅固定在工作台的微定位板上,工作台的移动量可由衍射光栅二次衍射干涉后产生的条纹变化得到.根据衍射光栅的计量特点,分析垂直扫描位移工作台测量误差的主要影响因素.通过试验验证,优化系统误差,进一步提高了垂直扫描位移工作台的定位精度.     

2 m SiC 反射镜拱形轻量化结构设计

针对口径为2 060 mm 的地基大口径望远镜主反射镜,选用SiC 材料和新型拱形轻量化结构进行了详细的轻量化参数设计,并对支撑环半径进行了优化.对于Whiffle tree 18 点支撑和27 点支撑形式,从静力学(重力作用)和热力学两方面对比分析了两种轻量化结构的镜面变形,结合SiC 反射镜的加工工艺,最终确定18 点支撑的轻量化结构为首选方案.同时,就SiC 反射镜对稳态温度差导致的热变形较敏感的问题,提出可通过设计与镜体热变形相匹配的支撑结构来满足镜面变形的要求.     

位移传感器测量方法

针对位移传感器的检定校准,提出一种采用测长机测量位移传感器示值误差的新方法,可以实现对拉线位移传感器、激光位移传感器、光栅式或电感式位移传感器等各类位移传感器的校准,并应用此方法进行了实例测量和误差分析,为实际应用提供指导.     

基于时间序列分析的光栅信号时域细分方法（英文）

针对光栅细分倍数和精度受到莫尔条纹信号质量限制的问题,提出一种基于时间序列分析的光栅信号时域细分方法.首先利用等空间间隔的栅距与采样时间周期的对应关系,将空间栅距转换为时间序列.然后利用时间序列分析中的自回归模型进行建模预测,并采用最大似然估计法计算模型参数.最后在预测时间内发送出代表位移的细分脉冲.实验表明,细分倍数为400或800时的角位移细分误差均为±2.4″,且光栅运动加速度及其变化率越小,细分误差越小.此细分方法一定程度上降低了对光栅信号质量的依赖,具有一定的应用价值.