基于车载原子干涉仪的野外流动重力测量

移动重力测量在计量学、地球科学及国防军事等领域有着广泛的应用需求。原子干涉重力仪在可移动高精度重力测量上具有良好的技术潜力,但目前仍很难兼具高集成度与高灵敏度。针对此问题,本文研制了一套基于原子干涉仪的车载重力测量系统,基于小型化、高度集成的仪器设计,实现了高精度的野外重力测量,室外测量灵敏度为■、测量重复性优于20μGal。在长10 km、高程变化100 m的野外测线上开展了单点调试时间小于5 min、有效测量时间小于15 min的快速重力测量,并与LG-1相对重力仪进行比对。在一般性的野外测试环境下,2种重力仪的测量残差小于100μGal,车载绝对重力仪自身测量残差小于15μGal。因此,该车载重力测量系统极大地提高了野外重力测量效率,方便运输、随停随测、测量准确,为可移动重力测量领域提供了可靠的技术解决方案。     

双腔激光干涉仪

文章针对检测长激光器光谱特性的高分辨要求,研究了一种采用双腔的高分辨率激光扫描干涉仪,大大缓和了被检光源的单色性要求,多倍提高了分辫率。文章中举例设计了双腔激光干涉仪。     

光纤双干涉在线绝对测量技术研究

研究了一种新的兼融低相干干涉和高相干干涉的光纤在线绝对测量技术,可对能转换成位移变化的静态及准静态任意物理量进行测量.利用宽带光谱光源作为光源,以及光纤光栅只反射布拉格波长的特性,使光纤迈克尔逊干涉仪同时工作于低相干干涉和高相干干涉状态.用低相干干涉信号决定被测量的幅值,使测量的最大跨距不受光波波长限制,并且实现绝对测量;同时,用高相干干涉信号测量被测量的量值,使测量结果保持高相干干涉测量的高精度.利用高相干干涉信号对环境干扰进行修正,使该测量技术适合在线测量.分别研究并实验了单光源光纤测量系统以及由双光源组成的复合光源光纤测量系统,利用这两种系统对位移进行测量,测量结果的线性相关性分别为0.996和0.999 9,测量量程均为6 mm,均可对0～6 mm范围内任意跨距的位移进行测量.     

双球面法标定立式参考球面的精度分析

采用双球面法对立式Fizeau干涉仪的参考球面进行标定以确定由重力、安装夹持力等导致的面形形变量,提高立式光学系统中光学元件的面形检测精度.首先,推导了双球面法标定算法;进而,理论分析和模拟计算了影响检测精度的环境、重力、安装夹持力等因素;最后,利用双球面法对立式Fizeau干涉仪的参考球面进行标定,并利用误差合成理论分析实验结果.实验结果显示,利用双球面法标定F/1.5的立式Fizeau干涉仪参考面的精度为2.3 nm.其中,算法本身以及实验操作引起的测量重复性不大于0.7 nm,包含环境误差时的重复性低于1.2 nm;重力导致的面形形变约为0.9 nm,标准镜安装导致的面形形变约为1.7 nm.结果论证了双球面法具有很高的标定精度;环境对检测精度的影响与干涉腔长度有关,长度增加时影响很明显;立式工作时,重力、安装等因素导致的标准镜参考球面的面形形变很大,在高精度使用前必须进行标定.     

适用于工业现场的小型化双波长激光外差干涉仪

适用于工业现场的小型化双波长激光外差干涉仪李彬，梁晋文（东南大学机械系南京２１００１８）（清华大学精仪系北京１０００８４）０引言多波长激光干涉测量利用合成波长概念，可以在降低或不降低测量灵敏度的前提下，延长干涉测量的非多值区间（ｕｎａｍｂｉｇｕｏｕｓ...     

冷镱原子光钟绝对频率测量及相关跃迁研究的进展

光学原子钟的稳定度和不确定度都已全面进入小数 10 -18 量级,是目前最精密的时间频率测量工具之一。 光学原子钟 已在精密测量和基础物理研究等尖端科研领域展现出潜力,并有望重新定义时间单位“秒”。 镱原子光钟因其独特的能级优势 而成为了目前世界上发展最成熟、研究最广泛的光钟之一。 镱原子钟跃迁的绝对频率测量和镱原子相关跃迁光谱的精密测量 具有重要意义。 综述了冷镱原子光钟的钟跃迁 6s 21 S0 -6s6p 3 P0 能级绝对频率测量的国内外进展,并介绍以 7. 3×10 -16 的不确定 度测量镱原子钟跃迁绝对频率的实验,测量值为 518 295 836 590 863. 30±0. 38 Hz。 综述了利用已完成绝对频率测量的镱原子 光钟为基准,对镱原子的 649,770 和 1 389 nm 抽运光的对应跃迁绝对频率进行精密测量的结果。     

一种新型绝对距离干涉测量仪的研究

一种新型绝对距离干涉测量仪的研究武勇军，李达成，曹芒（清华大学精密仪器系）０引言高精度、大尺寸、无导轨绝对距离测量是现代大型精密机械加工工业中一个迫切需要解决的问题，至今尚无商品化实用测量仪器。例如大型汽轮机转子直径测量，大型工件的内、外径测量，大型...     

基于双频激光干涉仪的重型数控机床定位精度测量

采用激光干涉仪对重型数控机床纵向上两段位置定位精度进行测量,得到目标位置点的定位精度和重复定位精度,并对试验值进行了分析,为探索利用虚拟检测方法得到全程精度值打下一定的基础.     

基于外差检测原理的绝对测距性能理论研究

基于双光学频率梳外差原理测距将长模糊距离、高精度和高更新率3个关键测距特性完美结合,使测量性能能够满足航空航天、科学研究和工业生产等众多领域的需求。然而所使用的双光学频率梳的脉冲时域宽度、重复频率及相对差值、脉冲的固有时间抖动等特性都将会影响测距的性能。对基于双光学频率梳外差原理测距进行了全面的理论分析,并数值模拟了数据脉冲宽度、双光学频率梳重复频率差、啁啾参量、定时噪声、脉冲类型等各因素对测距性能的影响。模拟结果在数值上验证了奈奎斯特采样定律对测距精度的显著影响,表明实验中数据脉冲宽度和重频差的选择应严格满足奈奎斯特采样定律;当飞秒脉冲序列存在一定的时间抖动时,重频差越小,测距性能越差;而脉冲的啁啾特性可转化为脉冲宽度的影响,随着啁啾的增大脉冲宽度被压窄,奈奎斯特采样频率对应的重频差临界值也会变小。通过上述数值分析,为研究人员在特定实验条件下优化测距性能提供了重要指导。     

基于时域可区分特征的双飞秒激光多目标绝对距离测量

伴随当前航空、航天、大型科学仪器智能制造场景下多环节、多过程、多装备制造工艺与制造信息不断融合优化,正推动长度测量需求从传统局部、单参数、离线、分时测量快速转变为全局、多目标的在线、实时、同步测量,现有激光测距方法受到原理限制,在精度、实时性与并行能力等方面面临瓶颈。本文提出了一种基于飞行时间法的双飞秒激光多目标绝对距离测量系统,设计特定的光纤分束方案,使飞秒激光光源同时到达多个目标,并构造时域可区分特征匹配多组脉冲,携带距离信息的脉冲经强度互相关模块后进入FPGA数据处理单元,实现多路绝对距离的实时解算,并完成系统的集成化设计。实验表明系统在2 kHz的更新速度下阿伦偏差评定的测量精度优于10^-5 m,与干涉仪对比的测距偏差小于4μm,在此基础上,搭建平行光路结构实现多自由度的同时测量,测量偏差优于5″。     

长光栅旋转测角法的研究

本文介绍了一种长光栅副相对旋转测角的新技术。建立在付立叶光学理论基础上的分析与实验结果是一致的。采用本方法与现代微机技术相结合,可以用非常简单的结构实现对小角度的高精度测量。仪器测量范围为±30′,测量精度为±0.5″。     

一种基于信号补偿的频率测量方法

提出一种通过对被测信号脉宽进行补偿处理以提高频率测量精确度的方法。采用多路单稳态脉冲信号作为补偿信号分别对被测信号脉宽补偿,各组补偿信号脉宽均匀递增且增量总和为一个基准信号周期,选取被测信号补偿后对应的基准信号计数值跳变时刻前后相邻的2组补偿信号脉宽平均值作为理想补偿信号脉宽,最后根据补偿后被测信号和理想补偿信号脉宽获得被测信号的频率。误差分析和测量不确定度评定表明该方法测量精确度由相邻补偿信号间的脉宽增量决定。实验数据证明该方法在保证测量速度的同时有效减小了频率测量中固有的1个基准信号周期的测量误差。     

新型落体式惯量测量方法研究

为解决传统落体法将阻力矩视为恒定值进行消元引起的惯量测量精度误差较大的问题,将考虑不同阻力因素的阻力矩函数应用到落体法惯量测量中。通过开展落体法惯量测量装置中阻力因素分析,建立了阻力矩与速度和载荷间的关系,提出了通过在两次落体过程中主动构建相同速度和载荷从而通过做差进行有效消元的方法。设计了一套落体法惯量测量装置,并对提出的新型落体法进行了实验研究,重复测量了3个飞轮的惯量值。研究结果表明:新型落体法的惯量测量误差不超过5%,通过在两次落体过程中主动构建相同的阻力影响因素并进行消元能有效减小阻力影响,提高落体法惯量测量重复性和精度。     

激光测量标定机器人坐标系位姿变换的正交化解算

针对大型装备智能制造中的机器人在线位姿激光跟踪测量与实时引导需求,提出了一种机器人坐标系与激光测量坐标系标定转换和解算方法。设计了基于距离原则的机器人末端光学工具中心点TCP(Tool Center Point)位置标定算法。通过运用空间点坐标重心化配置算法和基于罗德里格矩阵变换的最小二乘优化算法解算出了具有单位正交性的位姿变换旋转矩阵。进行了机器人坐标系位姿变换激光测量标定和优化对比实验,旋转矩阵初值和正交优化值进行点坐标转换后的综合RMSE分别为0.579 0mm和0.501 5mm。结果表明该方法能够有效改进姿态旋转矩阵正交性,并提高位姿变换解算精度。     

基于白光光谱仪的绝对距离测量方法的研究

本文介绍利用一种白光光谱仪测量绝对距离和位移的方法。利用迈克耳逊干涉结构。使用光谱仪S2000。进行光谱分析。在知道光学元件的群折射率和厚度的情况下,利用均衡波长的概念就可以得出绝对距离。该方法不需要应用相位重现程序,其测量范围大大超过传统白光干涉技术的测量范围。为绝对距离的测量提供一些详尽的参考。     

齿轮齿向位置偏差的径向综合检测

为了从齿轮双面啮合滚动检查中获得更多的齿轮精度信息和加工工艺系统信息,带有二维齿向测量装置的齿轮双面啮合检查分选机得到了开发,并在国外汽车齿轮制造厂中获得了推广应用。本文简要介绍了新型齿轮双面啮合检测仪的工作原理和结构,初步探讨了检测结果和加工系统的关系。