超磁致伸缩微驱动器在纳米测量中应用的研究

Ｘ射线衍射仪是目前纳米检测中最为行之有效的一种方法,对纳米技术的发展有着重要的意义。但是,目前由于受其驱动器性能的影响,在应用推广上还受到一定的限制。针对这一问题,文章提出采用超磁致伸缩材料,研制的驱动器具有位移量大、分辨率高、结构简单等特点,将其应用于Ｘ射线衍射仪中,将对其发展起着极大的推动作用。     

基于超磁致伸缩材料的微位移驱动器特性研究

具有立方莱夫斯相结构的Ｒｆｅ２雁化合物ＴｂｘＤｙ（１－ｘ）Ｆｅ２，在室温环境下具有极大的磁致伸缩量，应用这种材料研制的微位移驱动器，具有大位移高分辨率及大输出力等特点。从驱动器使用角度出发，对这种材料的原理及特性进行了阐述，同时分析了超微致伸缩驱动器的结构及特性。设计并研制了超磁致伸缩微位移驱动器，通过实验分析，驱动器的位移分辨率达０．５ｎｍ，行程范围４０μｍ，在精密及超精密加工领域有着广阔的应用     

基于梯度信息的随机Hough变换圆轮廓测量技术

在图像处理及计算机视觉中,Hough变换是一种应用非常广泛的图像边缘检测技术.分析了Hough变换的基本原理,指出了传统Hough变换以及随机Hough变换存在的缺陷,提出了一种基于随机Hough变换、综合利用图像本身灰度信息和梯度信息,并根据图形本身性质搜索边缘点的适用于圆周及圆弧轮廓的边缘检测算法.该算法采用"多对一"映射,显著减少了存储所需的容量;采取并行算法提高了运算速度;采用亚像素细分技术对边缘进行进一步的细化处理,提高了测量精度;最后用弦长加权法对边缘点进行拟合,得到被测参数.依据上述原理研制了高精度、高效率图像采集与处理系统,并在该系统上进行了实验.实验结果表明,对于对比度较差的轮廓,其测量不确定度在0.15像素以内.     

极坐标激光直写径向漂移理论研究

为了进一步提高光学元件的线条制作精度,建立了极坐标激光直写时线条中心径向漂移的补偿模型.首先推导了极坐标激光直写的曝光量分布模型,分析了径向漂移产生的原因,然后针对数值孔径为0.5 的光刻物镜建立了线条展宽模型和径向漂移模型,并分析了线条展宽和径向漂移的耦合关系,在此基础上分别建立了线条展宽补偿模型和径向漂移补偿模型.仿真结果表明,补偿前的径向漂移量是线条展宽量的3 倍,对径向漂移进行补偿可以很好地减小系统原理误差,提高极坐标激光直写的制作精度.     

辅助气室连通的空气弹簧隔振系统隔振特性研究

基于气体能量微分方程,建立了由两个辅助气室相互连通的空气弹簧组成的隔振系统传递率数学模型.该模型描述了阻尼比ξ、流量系数比λ、主/辅气室容积比N三者与传递率之间的对应关系.由此精确分析了辅助气室相互连通对隔振系统垂向平动y和绕重心转动θ这两个自由度隔振特性的影响,结果表明:辅助气室相互连通对y自由度隔振性能没有影响;合理匹配λ和ξ,可使系统θ自由度超低频隔振性能提高30dB,合理匹配λ和N,系统θ自由度的谐振区隔振性能可提高20dB且高频隔振性能保持不变.     

外差干涉仪中偏振分光镜对测量精度的影响

为了提高激光外差干涉的测量精度,必须明确偏振分光镜(PBS)对激光外差干涉测量精度的影响.基于激光外差干涉非线性误差产生机理,建立了PBS对非线性误差一次谐波和二次谐波的综合影响模型.理论分析表明,选用偏振透射率稍弱、偏振反射率强的PBS有利于减小非线性误差.在激光器出射的两激光束存在5°非正交误差情况下,当PBS的反射率理想时,透射率从1减小到0.90,非线性误差由4.41 nm减小到4.19 nm.同时,通过调整旋转角度可以补偿非线性误差一次谐波.在PBS存在5°旋转角度误差情况下,当PBS的反射率理想时,PBS的透射率从1减小为0.90,非线性误差一次谐波从4.41 nm减小到2.56 nm.     

超磁致伸缩体内涡流效应有限元分析

为补偿涡流效应产生的温度与反相磁场对超磁致伸缩微位移驱动体位移输出造成的非线性,从电磁场基本原理出发,推导了超磁致伸缩驱动器内的涡流分布和大小的数学模型。利用伽辽金加权余量法和牛顿-拉夫逊迭代法得到涡流效应数学模型的解析公式。通过解析公式分析超磁致伸缩驱动器内驱动体横截面上的电磁场分布,进而得到驱动体上各部分涡流大小及分布与输入电流频率增加的对应关系。当输入频率大于1 kHz时,涡流有限元模型计算得到的涡流导致磁场损耗量与实测磁场强度相差约4.6 mT,表明此模型可以对超磁致伸缩驱动体内的涡流损耗进行有效的补偿。     

自聚焦共焦式微小内腔体探测技术

系统用自聚焦透镜代替共焦扫描显微镜中的聚焦透镜 ,将自聚焦透镜体积小的特点与共焦显微技术的轴向高分辨力和绝对位置跟踪特性有机结合 ,具有测头微小型化 ,高的轴向分辨力、较大倾斜表面的瞄准能力、对突跳位置的绝对跟踪能力等特点。选用PZT作为轴向扫描驱动元件 (线性范围± 5 μm ,每个脉冲 2nm进给 ) ,用高精度电容位移传感器作为位置跟踪元件 (线性范围± 5 μm ,分辨力 1nm)。对 2 0°角度块进行测试实验表明 ,在测头直径为 1mm的情况下 ,系统对 2 0°倾斜度以内的斜面轮廓的探测轴向分辨力可达 10nm。     

锅炉火焰动态跟踪识别算法的研究

采用动态跟踪火焰焰芯算法和改进的一维灰度直方图算法用于燃烧控制，很好地解决了实时监测锅炉火焰的燃烧状态和品质问题，1000幅典型图像的仿真结果，同目测判别结果比较，此方法识别率优于99.8％。     

光学倍频影响激光外差干涉测量精度的机理

为了同时提高激光外差干涉测量的分辨力和精度,必须深入分析光学倍频对激光外差干涉测量精度的影响机理。在此基础上,建立了光学倍频相位测量模型,从理论上证明,光学倍频能够实现对激光外差干涉信号的细分,提高测量分辨力。光学倍频改变非线性误差的相位而使非线性误差减小,但同时改变了激光干涉多普勒频移的v/c平方项,使得残余累计误差增大。仿真结果表明,光学N倍频使非线性误差减小到原来的1/N,但使残余累计误差增大N2倍。因此,光学倍频仅适用于低速测量的场合。