基于Edlén公式空气折射率测量系统的校准研究

为了检验对激光干涉仪测量精度有很大影响的空气折射率测量系统的测试性能,提出一种可用于基于Edlén公式的空气折射率测量系统的校准方法,并且设计了专门的校准装置,该装置主要由温度、气压以及湿度测量系统组成。实验证明：取包含因子k=2时,温度在(5~40)℃区间,测量不确定度U优于0.02 ℃;气压在(66~105)kPa区间,U=18 Pa;湿度在(10~90)%RH区间,U=2.0%RH,等效于整个系统对应的空气折射率测量的相对不确定度优于1×10^-7     

提高环境参量法测量空气折射率精度的研究

介绍了应用Edlén经验公式的环境参量法测量空气折射率,分析和总结了提高其测量精度的措施,如公式的合理选用、环境参量测量传感仪表的选用等.从软硬件两个方面描述了实际折射率测量系统的构成,分析结果表明其测量标准不确定度达1.03 × 10-8,可以满足高精度激光干涉测长的要求.     

基于等效合成波方法的双真空管空气折射率测量仪

在高精度测量中必须实时补偿空气折射率的影响。文中提出了等效合成波的概念,利用长度不等的两个真空管构成两个虚拟波长并推导出等效合成波测量公式,并由此建立了一种新型的双真空管空气折射率测量仪。该仪器具有结构紧凑、能实现实时测量的优点。系统测量分辨率为1×10-8,与Edlen公式方法进行的比对实验结果表明,其测量精度优于1×10-7,并具有很好的稳定性和抗干扰能力。     

精确设定瑞利干涉仪补偿器的偏转角

瑞利干涉仪是测量液体、气体折射率的精密仪器,但补偿器的偏转位置直接影响测量精度。从测量补偿器不同偏转角对应的光程差出发,对最佳补偿范围进行了测试,结果表明,补偿器的最佳初始位置与水平方向的夹角为30°,最大补偿角为5°。为瑞利干涉仪的准确测量提供了实验参数。     

热风式大气湍流模拟装置的哈特曼测量

大气湍流是由于大气温度、压强的随机变化引起大气折射率随机改变而产生的。遵循这一原理,热风式湍流模拟装置对传输光束周围的空气加热,用风扇抽吸热空气产生湍流,通过改变加热温度和风扇的转速,模拟不同强弱的湍流。用哈特曼传感器对该装置进行测量并采集数据,通过波前斜率处理复原波前,在此基础上从时间域和空间域等方面分析所产生湍流的特点,并与理论进行比较。结果表明,该装置能产生基本符合大气湍流统计理论的湍流。     

空气折射率埃德林公式的修改

由于空气密度和水蒸汽折射率数值的更新、温标的两次改值、以及空气中二氧化碳的含量的增加，致使当前广泛采用的１９６６年埃德林（Ｅｄｌｅｎ）公式需要进行修改。本文简单介绍Ｂｉｒｃｈ和Ｄｏｗｎｓ对埃德林公式所作的修改。修改后的公式使计算值和实验值之间的一致性保持在测量不确定度３×１０－８范围内。在空气湿度较大时，新、旧公式的差异可达１×１０－７，即一米长度的修正量可相差０．１μｍ。因此，对测量不确定度要求较高的场合，应按新公式进行空气折射率的修正。     

基于传感器阵列的野外基线环境参数自动测量系统研制

为了保证野外测距精度,研制了一套环境参数自动测量系统,该系统通过在野外基线沿线布置密集的气温、气压与湿度传感器阵列,精确测量光路气温、气压及湿度等环境参数,进行空气折射率修正。采用μ-base测距仪在不同气候条件下进行验证实验,测量距离为144 m。实验结果表明,采用该系统测量环境参数,进行空气折射率修正,其修正误差引入的距离测量不确定度优于3.0×10^-7(k=2)。     

基于模式搜索法的低气压段Edlen公式的改进

Edlen公式是修正空气折射率的基本公式。针对Edlen公式在常压段修正空气折射率的这一局限性,设计并进行了低气压段的空气折射率与温度及气压关系的实验。采用无约束变量最优化理论中的模式搜索法,对适用于常压段的Edlen公式进行了改进,使其也适用于低气压段。修正詹公式的精度与常压段Edlen公式的精度基本相同。     

基于双路多光束干涉的光程微变动实时监测技术北大核心CSCD

介绍了一种基于多光束干涉原理,采用双通道的微光程测量系统。该系统具有较高的测量灵敏度,可以实现诸如空气折射率变动引起光程微变的测量。采用简单方法对测量灵敏度实验进行验证,利用声波改变空气折射率进而改变光学光程,将系统的测试结果与迈克尔逊干涉方法的测试结果进行了比较,结果表明,本系统能够在较小干涉臂情况下实现只有当迈克尔逊干涉大干涉臂才能具备的测量灵敏度。由于光程变动的测量具有较多的应用,本测量实验系统具备微型化的结构特点,可以为相关领域的应用提供技术基础。     

气体标准样品的制备

<正>研制了一个气体标准样品制备的玻璃系统。该系统由抽气装置(机械泵、扩散泵和压强测量规组成)、气体纯化装置、各种气体充气和充气压强测定装置组成。能配制容积为0．01~1．5升、最高压强为2．26 ×104帕的单一气体和不同比例的混     

玻璃材料折射率及色散的高准确度测量

使用德国Triotics公司生产的SpectroMaster HR UV-VIS-IR型折射率测量设备,对FK5玻璃块的e、d、g、F′和C′谱线的折射率值进行高准确度测量,并修正至标准环境条件下的折射率值。用得到的折射率值进行曲线拟合,验证Cauchy色散公式和Sellmeier色散公式。     

温度条件对大尺寸测量装置精度影响的研究

大尺寸测量装置由于测量范围大,其测量精度受诸多因素影响,其中大尺寸测量装置所处环境条件变化会影响其测量精度。基于中国计量科学研究院地下一层实验室80m长度标准装置,在空调控温状态和自然温度状态(不控温)下,进行了长度测量范围为10,30,70m的测量精度实验研究,得到空调控温状态下折射率补偿误差分别为7.0,10.5,21.0μm;自然温度状态下折射率补偿误差分别为2.5,2.9,3.9μm。实验结果表明:大尺寸测量装置在自然温度状态下能得到更高的测量精度,当测量范围大于30m时,测量精度可优于10^-7量级。     

High-precision diode-laser-based temperature measurement for air refractive index compensation

We present a laser-based system to measure the refractive index of air over a long path length. In optical distance measurements, it is essential to know the refractive index of air with high accuracy. Commonly, the refractive index of air is calculated from the properties of the ambient air using either Ciddor or Edlén equations, where the dominant uncertainty component is in most cases the air temperature. The method developed in this work utilizes direct absorption spectroscopy of oxygen to measure the average temperature of air and of water vapor to measure relative humidity. The method allows measurement of temperature and humidity over the same beam path as in optical distance measurement, providing spatially well-matching data. Indoor and outdoor measurements demonstrate the effectiveness of the method. In particular, we demonstrate an effective compensation of the refractive index of air in an interferometric length measurement at a time-variant and spatially nonhomogeneous temperature over a long time period. Further, we were able to demonstrate 7 mK RMS noise over a 67 m path length using a 120 s sample time. To our knowledge, this is the best temperature precision reported for a spectroscopic temperature measurement.     

1.2 km标准基线环境参数自动测量系统研制

为提高野外测量折射率补偿实时性,研制了1.2km标准基线环境参数测量系统,该系统采用一种硬件分组和软件并行采集方案,将系统传感器数据采集的正确率提高到98%以上,82个传感器完整循环采集一次的时间小于7s。计算出传感器7s采样间隔温度变化量,分析评估折射率补偿结果,为野外标准基线测量提供科学的视角,量化寻找基线理想的测量时段,使延时温差小于0.05℃,高精度测距仪基线测量时的折射率修正误差控制在5×10^-8内。     

一种在线油料电导率测量装置的研制

介绍了一种在线油料电导率测量装置。该装置主要由显示控制模块、电导测量模块和环境监测模块组成,具有电导率测量、温湿度测量、大气压力测量、温度系数补偿、定点校准等功能,方便安装、维护;通过对影响参数的检测,增强了同批次油料不同地域测量数据的可比性;测试数据分析结果表明该装置的主要性能指标达到设计要求。     

砝码质量测量中的空气密度测量装置的研究

按照砝码质量测量时对空气密度测量的需求,分析了测量空气密度的公式法,研制了用于高准确度砝码质量测量的空气密度测量装置。根据CIPM-2007公式,该装置集成了温湿度、压力和CO2含量的测量,实现了对空气密度的自动实时测量。实验结果表明,当CO2含量达到937.4×10^-6时,与采用近似公式进行测量的数据的相对误差达到0.022%,验证了增加CO2含量测量对提高空气密度测量准确度的必要性。