基于法布里-珀罗干涉仪的微位移测量方法研究

介绍了一种基于法布里-珀罗干涉仪的微位移测量方法,通过将位移测量转化为频率变化量的测量,实现了亚纳米级测量分辨力.建立了基于法布里-珀罗干涉仪的微位移测量实验装置,完成了320 nm范围内的位移测量,并将测量结果与精密电容传感器的测量结果进行了比较.     

一种D／A板输出控制的相移器设计

相移器对光学测量具有非常重要的意义。本采用一般的压电陶瓷柱和自行设计制作的40～300V直流可调电源制作了经济型相移器,并由计算机通过D/A转换板输出电压进行控制,做到了压电陶瓷非线性补偿和CCD采集图修的一体控制,经过标定,在压电陶瓷达到稳定时,其微位移量可达几个纳米,重复性很好。     

高线性度的二维无耦合纳米压电位移系统设计

设计了一套具有高线性度的二维无耦合纳米压电位移系统。提出了一种多个压电陶瓷同步线性操作的电荷控制方案,设计采用基于非线性反馈控制和相似控制相结合的具有接地配置功能的压电控制器。控制器中引入了T型电阻网络,使电容较小的压电致动器能够进行低频线性操作。并对压电陶瓷驱动的位移平台进行了机械结构设计,平台采用嵌套式串联结构来避免耦合位移。通过解析法和ANSYS Workbench有限元仿真两方面对位移平台进行了刚度及位移分析。搭建了一套干涉位移测量系统,对压电位移台的位移、耦合误差及线性度进行了验证测试。实验结果表明:系统满行程内二维位移台的耦合误差最大仅为0.098%,可以将迟滞不对称引起的剩余轨迹偏差减小到0.79%,两个压电陶瓷间的最大轨迹偏差仅为行程范围的0.23%,理论分析和实验验证了所设计多压电电荷控制器的可行性,且系统可有效抑制耦合位移并使定位精度得到明显提高。     

压电陶瓷应变的测量及应用

本文叙述压电陶瓷重要特性之一——应变(形变)的产生机理、分类、测量方法及应用。用迈克尔逊干涉法测量静态形变。采用贝塞尔函数法测量动态形变。贝塞尔函数法测量简便,精度高,用此法测出压电陶瓷在谐振状态下的动态形变后,可确定压电陶瓷的机械谐振频率f_r,机械Q_M值等参数,从而可评价压电陶瓷元件的质量。 叙述了利用压电陶瓷的形变研制成的一些高精度精密器件,如致动器,激光器谐振腔微调机构、微位移扫描器和压电千分尺等。     

新型智能隔振复合结构的动态特性研究

针对精密机械的微位移隔振问题,设计了一种以PVDF压电薄膜为作动器和传感器的新型智能隔振复合结构。根据压电方程推导出了层叠式PVDF压电薄膜作动器厚度变形量表达式,建立了该智能复合结构的隔振理论模型,采用LMS自适应控制算法,以Matlab和有限元混合建模分析方式对本智能隔振复合结构的动态特性进行研究。有限元模型的分析结果与Matlab计算数据一致,验证了本新型智能隔振复合结构对微位移隔振的有效性,其结论将为精密仪器、微纳米设备的微位移智能主动隔振奠定理论基础。     

基于SPM与DIC技术的应变场测量改进方法

微纳米尺度下的应力/应变测量方法是实验力学研究的重要方向之一.现有的许多研究忽略了待测试件表面的散斑图质量、系统随机误差、计算流程等因素对最终的应变场测量精度的影响.围绕基于扫描探针显微镜的数据图像相关技术实现过程,提出科学的评估准则、优化位移场计算方法.实验结果表明,所提出的应变场计算方法在精度控制方面的性能得到显著...     

基于亚像素综合定位匹配算法的MEMS平面运动测量

动态测试对MEMS的设计、制造和可靠性具有非常重要的意义．提出了快速高精度的综合亚像素定位匹配算法,应用于MEMS平面运动测量．该综合算法把标准化协方差相关法、亚像素步长相关法、曲面拟合法、序惯相似性检测算法和单纯形法有机结合,综合运用各算法的优点,达到了提高亚像素定位速度和精度的目的．通过位移测量实验和对硅微陀螺仪质量块面内振动及谐振频率的测量,验证了该综合算法的可行性和有效性．     

基于激光测距技术的复杂边坡角测量方法

为了解决复杂边坡角度的测量问题,提出了激光测距技术的测量方法,运用三角函数的基本原理,建立了复杂边坡角度测量函数模型,并对于露天矿及公路高大不规则边坡进行了实际测量,得到了对应的边坡角度,与实际边坡角度对比,验证了该测角方法的可靠性,结果表明：激光测距技术应用在复杂边坡角度的测量上,能够很好的保证测量结果的准确性.     

三维表面轮廓的白光干涉垂直扫描测量方法的研究

基于白光干涉垂直扫描轮廓测量原理,研制出一种以6JA干涉显微镜为基础,配合自带计量衍射光栅测量系统的精密垂直位移工作台,从而实现大范围、高精度三维表面轮廓测量的方法.实验结果表明,采用白光干涉垂直扫描轮廓测量方法,可满足测量解析度及精度达到纳米等级的同时,其垂直测量范围可达80μm的三维表面轮廓测量要求.     

车削用微进给刀架设计

介绍了一种以PZT作动器为动力源,双平行弹性铰链为弹性变形元件的新型微进给刀架的设计理论及设计计算方法。以已知微进给刀架的输出位移作为前提条件,提出PZT作动器选型的理论依据和弹性铰链的有效刚度计算方法,进而进行了弹性铰链结构设计、微进给刀架系统刚度计算及刀架模态分析。利用有限元软件及实验对设计理论及设计计算方法进行了必要的验证;并作为刀架设计方法的一部分,通过实验对微进给刀架的实际性能参数进行了测量,同时测量数据验证了方法的可靠性。     

高加速度超精密激光外差干涉测量模型

为了精确地描述激光外差干涉在高加速度超精密测量中加速度对位移测量精度的影响机理与规律,建立了高加速度超精密激光外差干涉位移测量模型.通过分析测量棱镜三维运动对多普勒频移的影响,推导出高加速度激光外差干涉位移测量模型.理论分析和仿真实验表明,当测量加速度为9m/s2,匀加速运行的位移为500mm时,由于加速度变化引起的相对论性效应对测量精度的影响为5nm.高加速度超精密激光外差干涉位移测量模型的建立,可提高激光外差干涉在高加速度超精密测量中的测量精度,为激光外差干涉在高速和超高速测量领域的应用提供了理论依据.     

无转速同步叶尖定时预处理方法及误差分析

提出了一种无转速同步叶尖定时信号预处理方法,通过同一叶片到达不同叶尖定时传感器的振动位移差进行振动参数辨识和转速测量。误差分析表明,该方法可以降低转速测量误差以及转速误差对振动位移测量的影响。分析了振动位移差的测量误差,并与采用转速同步的方法进行了比较。实验结果表明,该方法能够有效地实现叶尖定时测量并具有良好的测量精度。     

一种基于法布里-珀罗干涉仪的位移测量方法

介绍了一种基于法布里-珀罗干涉仪的位移测量方法,为了克服通常的法布里-珀罗干涉仪在位移测量范围方面的局限,采用两束可调激光分别对法布里-珀罗腔的两个相邻谐振峰的光频率进行追踪测量,能够得到任意时刻法布里-珀罗腔的长度,从而实现对测量镜位移的测量,测量范围可以达到毫米量级。对影响测量精度的主要因素进行了简要分析,结果表明采用本方法能够实现纳米级精度位移测量。     

利用正弦条码尺实现位移测量

根据一维正弦条码对位移进行编解码的原理,提出了一种绝对位移和相对位移测量的新方法。该方法通过对一维正弦条码图像进行傅里叶频谱分析, 根据首条码的相位值进行粗定位,并对该条码进行中心几何定位实现连续位移的精确测定。误差分析表明:位移测量误差完全取决于首条码中心几何定位。为此,采用亚像素定位技术建立了正弦条码尺测位移的原理装置,并对 2米远处步距分别为 1.5cm 和 1mm 时正弦条码尺的两种垂直位移进行了测量,测量值的最大误差为 0.036mm,标准差优于 0.024mm。     

激光干涉仪在纳米测量中的典型应用

激光干涉仪具有测量分辨力高、测量结果可溯源等优点,在纳米测量中的应用日益广泛。介绍纳米测量机和低膨胀材料线膨胀系数测量装置中应用的迈克尔逊型激光干涉仪以及在高准确度位移测量装置中应用的法布里-珀罗型激光干涉仪,并结合这些实例对激光干涉仪光学系统设计、测量环境控制、迈克尔逊干涉仪非线性误差补偿以及法布里-珀罗干涉仪量程扩展等方面的关键问题进行分析和总结。所述原则和方法对实现纳米级测量准确度具有重要意义,可为高准确度激光干涉仪的研制及其在纳米测量中的更广泛应用提供技术参考。     

基于轮轨相对横移的轨距检测方法研究

针对传统轨距检测方法设备复杂、安装要求高和数据计算量大的问题,设计了一种基于轮轨相对横移的轨距检测系统。该系统首先使用两组激光源与相机组合分别采集左右两边轨头内侧激光光斑图像,然后根据钢轨边缘特点使用Hough检测与透视变换将其矫正为同一采集距离正视视角图像,接着对比基准时刻图像计算激光光斑中心点垂向位移变化量并通过其与轮对横向相对位移的几何关系分别计算两侧轮轨相对横移变化量,最后由两者差值得到相对初始时刻轨距变化量实现轨距的间接检测。实验结果表明,该轨距检测方法硬件结构简单,数据计算量小且检测精度较高,可实现轨距参数的非接触式检测。     

激光跟踪仪测角误差的位移标定法

提出了激光跟踪仪测角误差的位移标定方法,通过在跟踪仪的切向位置上引入标准位移量,根据余弦定理对跟踪仪的角度码盘的误差进行标定.在小位移的情况下,跟踪仪角度的变化量很小,由此引入的非线性误差可以忽略,测角误差可以通过位移误差直接反映出来,当给定的标准位移测量不确定度已知时,其角度标定的不确定度可以直接估算出来.     

Two-dimensional (2D) displacement measurement of moving objects using a new MEMS binocular vision system

Displacement measurement of moving objects is one of the most important issues in the field of computer vision. This paper introduces a new binocular vision system (BVS) based on micro-electro-mechanical system (MEMS) technology. The eyes of the system are two microlenses fabricated on a substrate by MEMS technology. The imaging results of two microlenses are collected by one complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) array. An algorithm is developed for computing the displacement. Experimental results show that as long as the object is moving in two-dimensional (2D) space, the system can effectively estimate the 2D displacement without camera calibration. It is also shown that the average error of the displacement measurement is about 3.5% at different object distances ranging from 10?cm to 35?cm. Because of its low cost, small size and simple setting, this new method is particularly suitable for 2D displacement measurement applications such as vision-based electronics assembly and biomedical cell culture.     

基于超声波A/D采样法的相位差位移测量方法

为了提高超声波位移测量分辨率,提出一种基于超声波A/D采样法的超声波相位差位移测量方法,利用超声波信号的相邻采样数据之差,消除了超声波信号中的直流成分对相位差位移测量的影响,再通过不同相邻采样数据之差的比值建立了相位差位移测量的数学模型,由此获得较高的相位差位移测量分辨率。该方法的采样电路简单,不需要高倍数超声波信号采样率,仅需在一个超声波信号周期里采样10几个数据,就可获得亚微米级的位移测量分辨率。实验结果验证了该方法的有效性。基于该方法研制的超声波位移测量平台,若超声波频率选用40 kHz,则位移测量分辨率可达1 μm。     

用位置敏感传感器进行位移测试的技术研究

目的 研究位置敏感传感器在位移测试中的优化应用。方法 从暗电流背景光的角度进行了分析，简化了电路和光路。结果 利用该方法，设计了一套位移测试系统。结论 所设计的系统正确可用，弥补了用位置敏感传感器作位移测试常见的不足。