双波长集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种基于双波长激光的集成光栅干涉位移检测方法,利用该方法对硅-玻璃键合工艺制作的集成光栅位移敏感芯片进行了测试实验。实验系统主要由敏感芯片、波长为640nm和660nm的双波长半导体激光器、双光电二极管及检测电路组成,敏感芯片则由带反射面的可动部件和透明基底上的金属光栅组成。入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动部件与光栅之间的距离变化,通过分别测量两个波长的衍射光强信号并交替切换选取灵敏度较高的输出信号,实现了一定范围内的扩量程位移测量,并得到绝对位置。实验结果表明,利用双波长集成光栅干涉位移检测方法测得敏感芯片可动部件与基底光栅的初始间隙为7.522μm,并实现了间隙从7.522μm到6.904μm区间的高灵敏度位移测量,其噪声等效位移为0.2nm。     

绝对重力仪中落体光心与质心间距的精确测量

为了减少用光学干涉法测量绝对重力过程中落体旋转对测量结果的影响,设计了基于扭摆法调校落体光心与质心间距的方法。采用标准模态分析落体的本征频率,推导光心与质心沿铅锤线方向偏移的测量方程。并分析了角锥棱镜折射率与气体阻尼分别对测量结果的影响。结果表明:入射角在0~0.1°之间,品质因子Q=1000时,调校落体使光心与质心重合,旋转导致的重力加速度干扰最佳可控制在1.4μGal。     

iGrav-012超导重力仪定期格值结果分析

利用绝对重力仪FG5X-249与超导重力仪iGrav-012在中国计量科学研究院昌平院区开展连续同期同址观测,通过最小二乘回归分析法对iGrav-012超导重力仪进行定期格值标定。2014年至2017年间的相关计算结果表明:iGrav-012超导重力仪每年的格值因子精度均优于0.1%;当绝对重力仪FG5X-249的下落次数超过 6000 次时,即可得到稳定的格值因子;格值因子年最大变化量低于0.6nm·s^-2·V^-1,每年格值一次即可达到精度要求。iGrav-012超导重力仪可以作为国家重力计量基准仪器的组成部分,为2017年全球绝对重力仪关键比对CCM.G-K2.2017期间的重力测量结果建立时间链接,比对结束后用于重力测量量值的溯源。     

基于二氧化硅溅射的PMMA和PDMS亲水改性

为了提高以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料的微流体通道的浸润性,通过溅射SiO2对PMMA和PDMS进行了表面亲水改性处理。首先,对PMMA和PDMS进行氧等离子刻蚀,改变其表面形貌;然后,溅射SiO2进行表面亲水改性处理,由不同溅射时间得到不同厚度的SiO2薄膜。在亲水处理后一段时间之内对PMMA和PDMS表面分别进行接触角测量,评价不同条件下的改性效果,并对改性后的样片进行黏接性测试。结果表明:氧等离子刻蚀后,溅射时间10min以上的PMMA表面可在10天内保持极亲水的状态;溅射时间15min后的PMMA在35天之内接触角不超过10°;PDMS的亲水性可保持10天,接触角不超过60°;高温老化处理能延缓PDMS表面疏水性的恢复。实验结果显示:氧等离子刻蚀之后,溅射SiO2的方法可使PMMA和PDMS获得较长时间的表面亲水改性效果。另外,亲水改性处理后的PDMS之间仍可实现有效黏接,改性PMMA与未改性PDMS也能有效黏接。     

超小型绝对重力仪主机系统设计

为了解决NIM-3A和NIM-3C绝对重力仪传动方式在车载、共基座上使用时会产生自振及磁性材料对重力数据准确度和稳定性影响的问题,设计了一套超小型绝对重力仪主机系统,通过传动托盘的伺服跟踪运动改为托盘先行下落的落体测量过程无其他内部机械运动的测量方式等新设计,消除自振及磁性材料的影响.在主机系统重质量减小至30 kg的...     

第10届全球绝对重力仪关键比对相对重力测量

2017年10月至12月,中国计量科学研究院作为主导实验室,组织全球14个国家的计量院或其指定实验室进行了第10届全球绝对重力仪关键比对(CCM.G-K2.2017)。由于不同类型绝对重力仪参考高度不一样,此次比对相对重力测量主要实现将不同参考高度测得的绝对重力值归算到同一高度进行比较。根据比对初步结果,相对重力测量结果的合成标准不确定度优于4μGal,确保了此次比对最终结果的准确有效。     

重力关键比对点连续观测不确定度评估

分析了超导重力仪iGrav-012在中国计量科学研究院全球绝对重力仪关键比对参考点连续观测结果的不确定度,通过最小二乘加权拟合计算超导重力仪格值因子为-927.96(nm/s²)/V,标准不确定度为0.80(nm/s²)/V,格值因子对关键比对点连续观测引入的标准不确定度为3.20nm/s²,超导重力仪与绝对重力仪5.5年同址观测线性拟合得到超导重力仪漂移率为-14.66(nm/s²)/年,标准不确定度为2.1(nm/s²)/年,对关键比对点连续观测引入的标准不确定度为 6.30nm/s²,二者对重力连续观测结果引入标准不确定度为7.07nm/s²。     

集成双光栅干涉微梁位移测量方法

介绍了一种基于集成双光栅干涉和CCD图像测量的微梁位移测量方法,并利用相位差约为π/2的一组光栅实现了扩量程位移检测。利用表面牺牲层工艺制作敏感芯片,在玻璃基底上刻蚀深度约为入射激光波长1/8的凹槽,凹槽上下的两组光栅与正上方对应的梁分别构成两组相位敏感集成光栅单元。利用1级衍射光将集成光栅单元成像在CCD靶面上,梁的位移变化通过CCD图像上对应光斑的灰度值变化来反映。实验结果表明,虽然玻璃凹槽腐蚀深度的误差导致光栅之间的相位差偏离π/2,但所制作的集成双光栅结构实现了多周期的扩量程位移检测,通过接近π/2相位差的两个光栅得到的光强信号的错峰使用,避免了干涉法正弦位移检测信号的峰谷不灵敏位置,实验测得微梁的位移变化为650nm。     

面向绝对重力仪的光束垂直性快速调节

为了减小自由落体式光学干涉型绝对重力仪中光束垂直度对重力测量准确度的影响,提出了一种基于双层液体光楔对光束的可变偏折实现光束垂直性自校正的快速调节方法。当光束偏离铅锤方向时,利用液面天然水平的特性,使液体在重力的作用下形成可变液体光楔,自上而下的光束经双层液体光楔时光束传播方向发生偏转,合理地匹配双层液体的折射率,使它偏离铅锤方向的夹角得到实时修正。搭建光束垂直性自校正装置并进行实验验证,结果表明,装置的角度抑制比优于18.0,当装置倾斜角度不大于2.7′时,出射光束偏离铅锤方向不超过9.0″,对应于重力加速度的测量误差小于1 μGal (1 μGal=10^-8 m/s²)。将本方案用于自由落体式的重力加速度测量,仅通过条式水平仪调平便可实现光束垂直性的快速准确调节,同时还能抑制测量过程中光束垂直性缓变带来的影响。