论纳米光栅测量技术

作者及其同事们经过20多年努力将计量光栅技术提高到了纳米量级和亚纳米量级，并进行了大面积推广应用，形成了一整套纳米光栅测量技术，该文为对这套技术的综合论述．首先回顾了刻线技术的发展历史，指出中国古代曾作出杰出贡献．归纳了发展计量光栅技术的5个阶段和4项内容．给出纳米光栅的定义和两个特点，并通过作者和同事们的光栅制造过程说明，纳米光栅实质上是一种刻录、固化到光栅基体上的光波波长．它为纳米测量领域提供了一种新途径、新方法，与激光干涉仪等现有纳米测量方法相比，具有自己独特的优点．文中讨论了纳米光栅的读取技术与信号处理技术，提出了纳米光栅细分误差的错位测量法．还讨论了与纳米光栅相关的纳米机械，介绍了作者和同事们的科研成果，圆柱、导轨等的机械精度已经进入了纳米量级．最后讨论了纳米光栅与激光干涉仪以及高等级量块的比对结果．     

双速率同步采样法在电力系统谐波测量中的应用

将双速率同步采样法用于电力系统谐波测量,导出相应的ＤＦＴ计算模型。仿真结果表明,与单速率方法相比,该算法具有更高的精度。     

光栅纳米测量技术及应用

本文简要介绍了光栅纳米测量技术的主要研究内容，着重阐述了其应用实例－一种光栅纳米测微仪的原理结构和实现方法。从系统的重复性、分辨力和准确度三方面入手，深入地研究和探索解决光栅纳米测量过程中的各种关键技术问题的方法和途径，能够有效地将光栅测量的分辨力和准确度从亚微米量级提高到纳米量级。     

A/D量化、非线性、微分非线性误差对非同步、准同步采样算法误差影响的分析

本文提出了具有量化误差、非线性误差和微分非线性误差的A/D转换器的数学模型,在该数学模型的基础上,仿真分析了非同步采样法、准同步采样递推算法各种情况下的误差,包括功率测量中电压线性、电流线性、相位变化误差及电压测量的误差.由于分析中的条件更接近应用中的实际情况,因而,仿真分析的结论为测量仪器设计中的误差估计提供了重要依据.     

大量程纳米级光栅干涉位移测量

针对传统光栅干涉仪中测量范围和分辨率难以同时提高的问题,提出利用单根大长度、低线数光栅实现大量程、高分辨率位移测量的方法.首先利用长度400mm,栅距10μm计量光栅的±5级衍射光生成条纹图,实现了条纹的10倍光学细分.然后提出一种基于傅里叶变换时移特性的条纹细分新方法,利用相邻两帧条纹图同一位置处相位的变化实现了高达1000倍的条纹电子细分.在此过程中,针对能量泄漏对傅里叶变换法相位提取精度的影响,提出条纹图整周期裁剪的方法,使条纹细分精度至少可达到1/1000条纹周期.仿真和实验结果表明,系统具有纳米级的分辨率和优于10nm的测量精度.     

光栅纳米测量中的系统误差修正技术研究

详细研究了光栅纳米测量系统的误差特性 ,以及利用激光干涉仪对高精度光栅测量系统的系统误差进行检测、并在信号处理中予以补偿和修正的方法。实验表明 ,通过这种系统误差修正方法对周期累计误差和细分误差同时进行修正 ,能够大幅度地将计量光栅系统的测量准确度从微米或亚微米量级提高到纳米级水平 ,以实现光栅纳米测量。     

提高光栅测量精度和分辨率的技术研究与实现

随着人工神经网络和数字处理技术的发展,从另一角度研究了一种不必增加光栅刻线,仅采用普通刻线的光栅(50刻线 mm),即可实现高精度、高分辨率的光栅测量技术,并用该技术设计了一个测量系统。系统以高速数字信号处理器(DSP)为核心硬件,用单输入单输出模糊小脑神经网络(SISOFCMAC)拟合出光栅信号,再利用FCMAC的泛化能力,实现对光栅信号的连续数字细分,提高光栅测量精度与分辨率。     

提高测量系统分辨率与信噪比的软件方法

在实际应用中，智能仪表的测量分辨率与信噪比是非常重要的技术指标。采样定理是采样过程中所遵循的基本规律，它指出了重新恢复连续信号所必需的最低采样频率。中提出了利用过采样与求均值技术提高测量系统的信噪比和有效分辨率的方法，用该方法可在低成本条件下获得系统的高信噪比和有效分辨率。通过实例说明了软件实现的方法，并得出采用过采样与求均值技术具有很高的实用价值的结论。     

非调制式光纤细分光栅测量系统

本文介绍一种测量速度快、抗干扰性能好的光纤细分光栅测量系统，细分数可达数百。     

用神经网络技术实现的高精度光栅测量装置

描述了一种用神经网络技术实现的高精度光栅测量装置。该装置采用BP神经网络对光栅信号进行细分，在仅用7个训练样本的情况下，细分精度可达0.18μm，使装置的分辨率得到很大提高，同时，简化了硬件设计，提高了系统的可靠性。     

纳米测量中的光栅信号细分技术

文章介绍了一种高精度位移测量方法,以LabVIEW作为工具,对高精度线性衍射光栅干涉仪(LDGI)的正交弦波信号进行采集、处理和分析,进行准确、快速的计数和细分,计算出精确的位移,并进行方向判断.以软件进行信号处理、位移计算,并对可能存在的信号异常进行纠错,简化了硬件,减少了电气环节引入的干扰.实验数据表明:该方法有效地进行高精度位移测量,标准差在20nm以下.     

基于数字低通滤波器的采样测量方法的研究

研究了用∑-△A/D对三相电压、电流进行数字采样以及用数字信号处理器（DSP）进行数字滤波来实现电参数测量的原理.提出了一种比通常采样测量方法更快、更准确、更适宜被测波形畸变较大和在线实时监测的工频电参数的采样测量的新方法.对该测量方法及影响测量准确度的因素进行了定性和定量的分析,并给出了测量误差的估计公式.     

基于双光栅的平行度检测

为了对大型目标的平行度进行测量,设计并搭建了一套由双衍射光栅组成的平行度检测系统。采用两块衍射光栅正交组成光路,产生多条平行线作为基准线。通过照相机对参考线和待测目标进行拍照,对获得的图像进行处理,利用参考线的平行度偏差对目标所在平面的倾斜进行矫正,得到待测物的平行度测量结果。测量结果表明这种方法简单准确,满足测量精度高。     

高密度栅测应变

将高密度光栅应用于力学参量的测量中。通过测得试件变形前后正交光栅衍射点阵的偏移移量，可逐点得到试件因载荷作用而引起的面内应变、离面位移和刚体传动分量。     

基于光纤布喇格光栅传感器的精密位移测量

首先对光纤布喇格光栅传感的基本原理进行了分析,并给出了光纤光栅位移传感的基本公式.在此基础上,设计制作了一种光纤光栅位移传感器.采用光纤光栅作为传感元件,利用多波长计进行波长检测,对位移量进行了传感测量.实验中,传感器位移检测范围为0.6mm,其传感测量精度为±43nm,测量分辨率为1.5nm.实验结果具有良好的线性度.     

基于ACPT技术的纳米振动测量激光干涉仪

为实现高精度、高稳定的微小振动测量,设计了一种改进型迈克尔逊干涉仪,对其所采用的光学结构和解调算法进行了分析.信号解调方案基于载波调制和交流相位跟踪（ACPT）技术,相对应的光路采用双压电陶瓷（PZT）和准平面猫眼动镜以构成参考臂和测量臂,设计以改善信噪比、抑制低频干扰、增强系统稳定性、提高测量分辨力为目标.建立了纳米振动发生装置,搭建了振动信号测量系统,研究了激光干涉仪对振动信号的输出特性.实验结果表明,测量动态范围达到120 dB,信噪比高于40 dB,系统分辨力达到0.25 nm.该干涉仪可有效抑制诸如温度、湿度、压强、低频振动等带来的相位噪声的干扰,满足高精度、稳定、可靠的要求.     

光栅调制和积分抽样

通过对光学图象调制和光电成像系统的抽样过程的研究，得出两条结论：１）光学图象的调制函数和抽样函数都具有周期重复特性，调制图象和抽样图象的频谱分布服从抽样定理；２）用谐频光栅进行图象调制和用点阵对图象抽样都可以精确恢复原图象，而阵列光栅的图象调制和光电成象系统中的积分抽样对图象恢复具有不同的效应。     

基于双频光栅的微分干涉相衬方法

针对传统微分干涉相衬技术对双折射性物体成像会有伪像的问题,用双频闪耀光栅取代传统微分干涉相衬的分光元件诺曼斯基棱镜,设计了一种微分干涉相衬方法.对双频闪耀光栅设计,模拟入射平面波通过它之后的光强分布,结果表明它能产生两束剪切角很小的光.用双频光栅微分干涉相衬方法对纯相位样品模拟成像,仿真结果和物体的相位轮廓一致.分析了...