线性测微电感的精化

为提高测微电感传感器的测量精度,提出了基于赫姆霍兹线圈理论设计螺线管线圈的方法,改善了螺线管线圈内轴向上磁场的分布均匀性。首先,分析了螺线管线圈模型,建立了螺线管线圈参数与轴向磁场强度分布相互关系的广义函数模型。然后,通过线圈与磁芯的尺寸确定了系统轴向磁场强度分布函数模型,结合磁芯移动区间范围设置磁场均匀度最小误差目标函数,通过对目标函数寻优得到各螺线管线圈的各项参数。最后,搭建了测微电感传感器的测试系统,测试了传感器性能。实验结果表明:与传统线圈相比,改进型螺线管线圈在100μm测量范围内的线性度由0.46%提高到0.30%。实验显示通过对不同规格的螺线管线圈进行组合,可使得螺线管内轴向上磁场强度分布均匀,从而提高了测量精度。     

紫外光电探测器高精度线性测量装置

基于双光阑法，研制了一种紫外光电探测器高精度线性测量装置，主要由高稳定钨带灯、带有快门的双光阑屏、石英透镜、紫外光栅双单色仪和计算机组成，测量波长范围为200-400nm.给出了该装置的原理、测量方法及数据处理方法。测量过程由计算机配套专用软件进行自动控制。利用该线性测量装置，对光电倍增管探测器进行了线性测量。实验结果表明：该装置测量精度高、速度快，测量不确定度小于O．05％，可应用于对精度要求高的紫外光电探测器线性度的测量。     

彩色共焦系统可调制色散物镜设计

针对彩色共焦距测量系统中测量范围和分辨率的调制问题,采用色散和聚焦功能分离的思路设计了一款色散物镜,其色散功能由纯球面折射透镜组成的色散管镜来实现,聚焦功能则采用商业物镜实现。使用ZEMAX软件对色散管镜的结构、材料及像差进行了设计及优化,仿真结果显示所设计的色散管镜在可见光范围内能获得优于230mm的轴向线性色散,实际加工的成品管镜的轴向线性色散范围可达160mm。实验测量了色散管镜及它结合不同聚焦物镜后的色散特性。实验结果表明,色散管镜结合不同聚焦能力的物镜能够具有高线性度的轴向色散区域;结合4倍和10倍放大倍率的商用物镜,分别获得了1 300μm和225μm的测量范围,其轴向分辨率分别为2μm和0.4μm,实现了测量范围和分辨率的调制。     

三维表面粗糙度测量方法综述

表面粗糙度测量是评估零件表面特性的重要手段。经过二十多年的发展,三维表面粗糙度逐渐成为反映工件表面特性的重要指标。本文总结并比较了多种三维表面粗糙度的测量方法及特点,根据测量过程是否接触被测表面,将三维表面粗糙度测量方法分为接触式测量法与非接触式测量法。接触式测量法主要包括触针扫描法;非接触式测量法主要包括光学法(相移干涉显微法、相干扫描干涉法、数字全息法、共聚焦显微法、共聚焦色差显微法、点自动对焦法、变焦法、激光三角法和光切法)和电镜法(扫描电子显微法、扫描隧道显微法、扫描近场光学显微法和原子力显微法)。针对每种测量方法的发展现状,本文讨论了其适用范围及局限性,并指出未来的发展方向。     

混沌测量的一种改进方案

本文提出了混测量的一种新的改进方法,使该混沌测量与已有的测量系统相比,具有更好的线性度,它对测量电路参数要求不高,在电路参量产生变化的情况下,其测量准确度仍能保持不变,这是一种全新的测量原理,是一个值得为之努力研究的方向。     

基于生物组织体内温度测量的微型点温仪设计

生物组织体内部温度测量是研究组织热损伤的关键技术,本文介绍一种基于微型热电偶的联机测温系统,该系统采用集成温度传感器AD590和数值计算进行热电偶冷端温度补偿,同时进行软件非线性校正,实现温度的采集、处理、显示和存储,便于温度实时监测、数据回放和分析。温度传感器采用K型铠装热电偶(ф0.5mm),测温范围为0-600℃,响应时间<0.3s,AD590灵敏度为1μA/K。采样频率可调,实验时采用10Hz的采样频率,实验结果显示在26-98℃范围内误差绝对值<0.7℃。该电路无需精确的线性和增益调节、结构简单、调节方便,适合于瞬间和长期温度跟踪,具有较高的稳定性和测量精度,是一种实用的温度跟踪、分析和联机系统。     

基于并行共聚焦显微系统的物方差动轴向测量

差动共聚焦显微成像技术可以获得很高的轴向测量精度,然而已有的差动共聚焦测量技术主要适用于激光扫描共聚焦,还不能满足微纳加工过程中对工件进行非接触式的在线、在位测量的要求。本文在分析差动共聚焦显微成像系统能够实现轴向测量原理的基础上,提出了适用于并行共聚焦技术的轴向测量方法。该方法利用均匀白光照明,在像方只需要使用一台相机做探测器,在物方通过移动载物台分别对样品在焦前和焦后两次成像,根据预先刻度好的差动曲线就可以得出物体表面的高度。理论模拟与实验结果均表明,该方法可以实现高精度的轴向测量,对500nm的台阶样品测量的平均误差为2.9nm,相对误差为0.58%。该方法简单、廉价、测量精度高,可以用于普通显微镜,易于实现样品的三维快速形貌还原与测量。     

用于假手指尖的光纤光栅触觉力传感器研究

针对现有假手触觉测量常用的薄膜压力传感器精度不佳、线性度差、迟滞性高等问题,研究了一种可安装于假手指尖的光纤布拉格光栅触觉力传感器。首先,通过传感单元的微小化结构设计,可以将施加的外力转化为光纤承受的轴向力;进而,通过有限元对传感器结构参数进行优化,提高了光纤光栅对于压力的灵敏度;然后,围绕假手指尖应用的需求,制作了这种光纤布拉格光栅触觉力传感器;最后,对该传感器进行了性能标定、对比分析和应用抓取3个实验分析,实验结果表明:该传感器压力灵敏度为0.103 8 nm/N,线性度R~2为0.998,重复性误差为1.32%和迟滞性误差为2.19%;与现有的薄膜压力传感器对比,该传感器的线性度和重复度都更高,迟滞性更低。     

Location tracking scanning method based on multi-focus in confocal coordinate measurement system

Confocal microscopy is high precision and widely used method for topography measurement. The surface height information is obtained by peak extraction of the axial response signal (ARS) which axial tomography of the surface is required. Therefore, when scanning large-diameter surfaces with a confocal coordinate measuring system (CCMS), the relative horizontal scanning trajectory (RHST) between the confocal sensor and surface is repeated and time-consuming step motion, which greatly increases the measurement time. To improve the scanning measurement efficiency of CCMS, we propose a new location tracking scanning (LTS) method based on multi-focus. In the LTS method, the RHST is a continuous linear motion during the process of axial tomography, and the horizontal motional surface is located and tracked through a series of focuses to restore the ARS. A generatrix profile of a spherical surface is measured to verify the effectiveness of the proposed method, and the results show that the scanning measurement time can be reduced by more than 90% without loss of accuracy of the profile measurement.     

BP神经网络用于光镊力的非线性修正研究

光镊是测量微小力的有效工具,力的测量范围和测量精度是光镊系统的重要指标。本研究提出运用BP神经网络方法对光镊系统的力的测量和标定进行非线性修正,并通过实际应用检验,证明BP神经网络方法对光镊系统力的测量进行非线性修正,不仅扩大了光镊系统力的测量范围,而且与多项式拟合方法相比,该方法的精度更高,从而有效提高了光镊系统的性能指标。     

雷达目标模拟器LFM信号线性度校准研究

线性调频(LFM)信号由于其良好的时-频聚集性,被广泛应用于雷达系统中,其频率随时间变化的线性程度,对雷达测距精度及距离分辨率影响很大.为准确模拟雷达LFM回波信号,对雷达目标模拟器所产生的LFM信号,必须进行线性度校准.本文提出了一种基于小波变换的雷达目标模拟器LFM信号线性度校准算法,通过对来自不同模拟器的大量实测数据的实验测试,证明了算法的有效性,校准精度优于0.1％.     

材料轴向拉伸变形的图像精密测量研究

轴向拉伸试验是测量材料力学性能的主要手段。本文介绍了一种新的视频引伸计,并给出了利用这种视频引伸计测量材料轴向拉伸变形的视频引伸计测量系统,对测量方法进行了说明。利用该系统对金属材料标准试件进行常温、静载试验,测量其应力-应变曲线,并与使用常规机械式引伸计测量得到的数据对比,验证了本文所提出的视频引伸计的测量性能。本文所提出的视频引伸计测量系统能够实现对材料轴向拉伸力学性能的非接触、在线、高精度测量。     

眼轴长度测量系统设计

眼轴长度与屈光不正、白内障等常见眼科疾病有密切关系,精确测量眼轴长度对眼科疾病的预防及治疗具有重要的意义。为实现眼轴长度安全有效的光学测量,入射光强度不能超过安全限度,同时人眼眼底反射出来的光只有入射光的10-3～10-4。为此基于光学方法的眼轴长度测量的弱光探测,设计了一种基于外差干涉测量的眼轴长度测量系统。测量系统硬件部分采用PIN光电二极管将弱光信号转化成易于处理的弱电信号,同时设计一个低噪声、高性能的弱信号处理电路,并选用Max 10系列的10M25SAE作为主控芯片处理信号;软件部分采用VHDL语言进行编程。实验结果表明,该测量系统可以对眼轴长度实现有效且稳定的测量。     

眼轴长度测量方法及进展研究

为配合临床实现人工晶体屈光度数计算,以及为日常眼病预防提供依据,眼生物参数测量特别是眼轴长度测量逐渐被人们所重视。以眼轴长度为目标,论述了现有的眼轴长度测量方法,包括超声测量方法和光学测量方法。重点概述了光学部分相干原理,低相干原理和光学相干层析(OCT)技术在眼轴长度测量方面的研究进展,分别介绍了各方法及典型仪器的测量原理、测量精度及范围,论述了眼轴长度测量的发展方向。光学测量方法以其无损伤、快速、高精度等优点逐渐替代了超声测量方法,但对于晶体混浊眼还需依靠超声测量方法。     

三维表面粗糙度的表征和应用

表面粗糙度会直接影响零部件的耐磨性、密封性以及抗腐蚀性等,是评定机械加工和产品质量的重要指标。现代科技水平的不断提高对零件表面性能的要求也日益严苛。传统的二维表面粗糙度的测量和表征已经不再能够满足技术发展的要求,三维表面粗糙度由于能够更加全面、真实地反映工件表面的状态而受到人们的重视,成为研究热点。本文回顾了三维表面粗糙度的发展历史,系统地介绍了三维表面粗糙度参数及标准的发展现状,分析了表面形貌与功能特性的联系,概述了三维粗糙度参数在制造业、生物医疗、摩擦学与材料科学等领域的广泛应用,并进一步指出了三维表面粗糙度表征和应用的发展方向。未来随着相关研究(比如,三维测量的溯源性、重复性、参数表征体系等问题)的深入以及三维表面测量手段的发展,三维表面粗糙度参数也将不断完善和推广,并更多地与实际功能相结合来预测并指导生产,确保工件的表面质量。     

Coriolis mass flow measurement of gas under normal conditions

This paper presents a new method of directly measuring the mass flow of gas using the well-known Coriolis principle, which has proved successful for mass flow measurement of liquids. The prototype consists of two U-shaped tubes, forming a device resembling very much a tuning fork, which is stimulated by electromagnetic actuators to perform autonomous bending oscillations. By this means the fluid is subjected to a radial velocity that, in combination with the axial velocity of the flow, induces harmonic Coriolis forces of the same frequency. This causes the U-shaped tube to perform torsional oscillations that superimpose on the bending oscillations. Both oscillations can be detected via electromagnetic transducers.

The amplitude of the torsional oscillation induced by the Coriolis forces is very small as the density of gas is very low. It can be amplified by tuning the eigenfrequencies of torsion and bending in a control loop. This results in an amplification of the torsional amplitude by a factor of 10², allowing the mass flow of gas to be measured under normal conditions.     

Opto-electronic measurements using diffraction of light in dynamic experiments

An optical method is presented for measuring the dynamic strains on the deformable bodies. The light passing through a thin slit is sensed by a photo-electric detector and, in this way, the variations of the slit opening may be recorded immediately on the oscilloscope screen. The sensitivity of such displacement measurement is comparable with wavelenghts of light. Attention has been paid to the questions of rigid-body motion as well as to the output linearity of the measurement system.     

高量程加速度计动态线性校准系统

设计了双弹头霍普金森杆用于精确标定高g值加速度计的动态线性参数。基于一维应力波传播理论和弹性波叠加原理,分析了双弹头霍普金森杆为不同尺寸时对获取所需激励加速度信号的影响。利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件对不同设计条件下双弹头霍普金森杆的冲击效果进行了仿真分析。通过对不同影响因素的对比,确定了结构参数,设计了直径为30mm,长度为1 200mm的双弹头霍普金森杆,即高量程加速度计动态线性校准系统。利用设计的双弹头霍普金森杆对高量程加速度计进行了动态线性校准和试验验证,结果显示加速度计动态线性误差在5%以内,证明了设计的装置可对高量程加速度计进行动态线性校准,校准结果基本满足冲击校准的要求。     

基于圆柱体电容面积变化型扭矩测量的研制

扭矩测量是传动线路中的重要内容之一，通过扭矩的分析，可以获得整个传动系统的性能参数。扭矩测量比其他力学量测量复杂，是一个比较薄弱的环节。目前，高精度、高稳定性的非接触式扭矩测量方法是各国机械量测量研究的热点之一，为此，提出了一种基于圆柱体线位移型结构非接触、高灵敏度的扭矩测量原理。介绍了该测量方法的原理与结构。经实验证实：该测量原理可行，所设计的扭矩传感器具有较好的线性度和一致性，重复精度≤0．5％。     

表面散射浊度测量研究

本文在理论上计算了球形粒子对光的单次散射及多重散射解 ,证明了通过检测 90°方向散射光强度来获得样品浊度方案的优越性。随着样品浊度的增加 ,当考虑样品的多重光散射后 ,90°方向散射光强与浊度的线性度下降。设计了表面散射浊度在线测量系统 ,当 Formazin标准液在 0～ 1 0 0 0 NTU范围内时 ,获得了散射光强与浊度的线性度优于± 3% ,测量结果表明用表面散射法来测量浊度具有测量范围宽、线性好的优点。