基于特征谱信号抑制的气膜刚度测量技术

针对动压轴承气膜刚度测量中转子形状误差、质量偏心、表面缺陷等具有周期性频谱特征的扰动信号抑制问题,提出基于特征谱信号抑制的气膜刚度测量技术.采用傅立叶分析的方法分析信号频谱,选取能量相对集中的与转速相关的扰动信号为抑制目标信号,通过对原始采样序列引入目标信号半周期的相位移动,产生与目标信号符号相反的虚拟采样序列,将虚拟采样序列与原始采样序列相加实现对特定频率扰动信号的抑制.基于这种信号处理方法,研制了基于激光三角激光位移传感器测量的自重法动压轴承气膜刚度测量仪.实验证明,由质心偏移测量误差引入的气膜刚度测量实验标准不确定度为5.5×10-3 N/μm.     

基于约束抽样Hough变换的圆轮廓快速检测技术

针对Hough变换进行圆轮廓测量存在的问题,提出了一种新的Hough变换圆轮廓检测方法．该方法综合利用图像本身灰度信息和梯度信息,对图像空间的抽样进行约束与优化,减小参数的累加数目,得出图像空间中属于目标的轮廓点;并根据目标本身的性质进一步搜索,去除伪轮廓点;采用了“多对一”映射与并行算法来提高检测速度．实验结果证明应用本方法对于对比度低、有噪声污染的图像同样可以检测出真实轮廓,定位不确定度〈0．15像素,运算速度是传统随机Hough变换的2倍．     

基于柱透镜多旋转测量的计算成像

提出一种基于单柱透镜旋转调制的光学扫描成像系统，样品的完整波前信息可以通过柱透镜旋转调制的多幅强度图样迭代重建。此外，柱透镜的旋转角度作为该系统的一个关键参数，其值通过基于Radon变换的数值计算方法得到，摆脱了对高精度旋转设备的要求。该成像系统的可行性在仿真和实验结果中均得以验证。与轴向多距离扫描成像系统相比，该成像系统中各光学元件在轴向位置保持固定，数据获取速度得以加快且轴向采样率保持固定，不仅简化了光场重构中的算法设计，而且极大地加快了收敛速度。     

表面微观轮廓的高分辨率光学测量方法

较全面地介绍了用于表面微观轮廓测量的几种高分辨率甚至可达亚纳米的光学测量方法及其最新进展.文中重点描述了以扫描共焦显微检测法、离焦误差检测法为代表的光触针法,以TOPO轮廓仪、Nomarski显微镜、外差干涉轮廓仪、双焦干涉轮廓仪和同轴干涉轮廓仪为代表的干涉测量法和以扫描近场光学显微镜及光子扫描隧道显微镜为代表的近场光学法三种适用于表面微观轮廓测量的光学测量方法,分别介绍了其工作原理、特性、发展现状及存在问题,通过对这些方法的对比和总结,阐述了表面微观轮廓纳米级光学测量的发展趋势.     

PDMS微小流路微加工技术的研究

PDMS（Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷）微小流路的微加工技术,由于具有加工周期矩,加工成本低,可进行批量生产,易获得高深度比的微小结构等特点,日益成为微小流路加工技术中一个研究热点,对PDMS微小流路的特性进行了分析,实验结果表明,该方法完全适用于μTAS系统及其他生物化学分析仪器中微小流路的加工。     

自聚焦透镜在传感应用中的研究进展

分析了自聚焦透镜的性能,并就自聚焦透镜在耦合系统,准直系统,成像系统,窥镜系统,测量系统和干涉系统等应用研究,最新动态及存在的问题进行了探讨,指出了自聚焦透镜上于自身的特点而将在光通讯技术,生命科学,测量科学和材料科学等领域中成为研究的热点和得到广泛的应用。     

超精密级二维工作台的自标定

为了提高超精密级二维工作台的运动定位精度,提出了一种实现工作台系统误差分离的二维自标定算法.基于工作台测量误差模型,该算法利用辅助标记板的5个不同测量位姿,分别得到迭代模型和迭代初始值,最终建立完整的迭代二维自标定模型.应用该算法对系统误差为0.2 μm的二维工作台进行仿真,结果显示:当不存在随机测量噪声时,标定精度为0.33 nm;引入随机测量噪声时,标定精度与噪声同一量级.对x、y向给定测量精度分别为2.98 μm和3.22μm的二维工作台进行自标定,得到x、y向测量精度分别为2.59 μm和3.14 μm.提出的自标定算法对随机测量噪声有很好的鲁棒性,能够用于精密或超精密级二维工作台自标定.     

调幅式电容位移传感器的峰值检波电路设计

针对调幅式电容位移传感器解调过程中由系统不确定相移导致的信号解调不准确问题,提出了一种基于改进的峰值保持电路的调幅式电容位移传感测量方法。首先,分析了调幅式电容位移传感器及其检测电路的工作原理,在研究调幅信号附加相移产生机理的基础上,提出了延迟反馈式峰值保持电路,用以去除附加相移对峰值解调的影响。然后,设计并制作了调幅式电容位移传感器,并对其各个性能指标进行了测试。最后,对实验结果和误差进行了分析。实验显示,提出的峰值保持电路的输出线性度优于0.05%,制作的传感器在0～25μm内数据测量稳定性优于10nm/30min,传感器测量偏差最大值为36nm。结果表明,采用延迟反馈型峰值保持电路有效地解决了系统不确定相移带来的峰值检波不准确的问题,所制作的电容传感器满足了高精度测量的要求。     

模糊控制与图像处理技术实现的聚焦方法

为提高图像测量系统的精度,提出了一种由模糊控制与图像处理技术实现的自动聚焦方法。通过线性拟合与同态滤波滤除噪声后,用改进的梯度平方函数作为聚焦评价函数,提高了聚焦灵敏度;运用模糊控制技术改换搜索方式,实现了实时自适应变步长搜索,保证系统快速准确聚焦。实验结果表明,该聚焦方法具有单峰性,响应快,鲁棒性强,在±100μm范围内自动搜索,定位时间小于2″,聚焦不确定度达±1μm。     

偏振分光镜传输系数不等对非线性误差的影响

为了减小激光外差干涉非线性误差,必须考虑偏振分光镜透过率和反射率不等对非线性误差的影响。通过分析两臂透过率与反射率不等对测量信号的影响,推导出两臂反射率与透过率不等对激光外差干涉非线性误差一次谐波和二次谐波影响的理论模型。仿真结果表明,透过率与反射率不等将严重的影响非线性误差一次谐波的大小,当反射率为1而透射率由1变为0．85时,其非线性误差由0、56nm增加到2．03nm,同时非线性误差只是一次谐波和二次谐波的简单叠加。仿真结果表明调整偏振分光镜的旋转角度误差能够有效的消除两臂透过率与反射率不等对非线性误差的影响。为进一步指导调整减小或消除非线性误差提供了理论依据。