测量Fabry-Perot标准具平面度的一种新方法

介绍了一种测量Fabry-Perot标准具平面度的新方法.通过测量F-P干涉环的直径计算出Fabry-Perot标准具的平面度,测量的不确定度可达λ/1800.     

卫星光通信光学天线轴间距的精确调试

卫星光通信系统的光学天线由物镜和目镜构成,两者在光轴方向的间距对系统的发射和接收性能有重要影响.轴间距通常由干涉仪确定,但干涉仪与光学天线的工作波长不同时会引起镜头组焦距变化,导致物镜和目镜的轴间距存在偏差.为了能利用单波长干涉仪精确调试物镜和目镜的轴间距,本文根据光学天线在干涉测量装置中的程函方程,研究了因波长差异引起的物镜和目镜的轴间距变化量与干涉条纹变化量的相应关系,并据此提出一种能精确调试光学天线物目镜轴间距的方法.提出了几种检验该方法有效性的验证方案,包括实验验证和计算机仿真验证两大类.基于计算机仿真的验证结果表明,卡塞格伦反射式光学天线和透射式光学天线轴间距模拟调试误差分别＜15%和＜3%,仿真误差满足使用要求.     

圆锥量规锥度的高精度光学干涉法测量

针对超精密数控机床对圆锥量规锥度高精度测量的需求,研究了一种将“大数”和“小数”相结合,准确测量圆锥量规锥度的方法.介绍了锥度测量系统的基本原理及组成,给出了实验测量结果,分析了测量系统的不确定度.该测量方法利用最大分度间隔误差为0.10〞的多齿分度台构成高准确度分度系统保证测量“大数”部分的准确性,采用激光偏振干涉装...     

基于像差修正的同轴度测量方法

为了实现在同轴度测量中平行偏差(平偏)和倾斜偏差(角偏)两个量的同时测量,建立了基于激光准直性的光斑接收系统。该系统由接收物镜、分光棱镜和CCD构成。以物镜光轴、准直光束几何中心线和两个CCD接收面构成的三角关系进行两个偏差量的计算;并通过对系统像差的分析,提出了显著降低物镜像差对测量结果影响的算法。理论和实验数据表明,对于平偏测量范围为±10 mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50 mm、CCD尺寸为1.6 cm的系统,平偏测量精度可达0.02 mm,角偏测量精度可达9.5″。因此,该系统可以满足较大范围内的旋转机械同轴度测量的需要。     

利用激光器纵模细分的高精度平面测量

高精度平面的测量方法之一是多光束细分,Herriott利用多狭缝加单色仪得到多波长细分条纹[1],J.Schwider利用标准具得到多波长细分条纹[2],作者也介绍了压电细分的方法[3]。为了简化仪器及操作,本文介绍了直接用激光器的纵模作为多波长细分的光源进行平面度的测量。仪器装置原理如图1。由腔长L=250毫米的全内腔He-Ne激光器1发出的光束,经由显微物镜2与物镜3组成的扩束镜变成平行光,照明由两待比较的平板4和5组成的标准具,腔间隔L′是可以调整的,它们的平行度用三个压电陶瓷精密调整,经会聚物镜6和场镜7把标准具内的干涉条纹成象于投影屏8上。细分应该采用多光束干涉,所以平板4和5应镀反     

直流电能计量标准装置测量结果的不确定度评定

高准确度直流电能计量标准装置用于检定或校准下一级的直流标准电能表,构成直流电能量值溯源体系中的重要一环。本文分析了高准确度直流电能计量标准装置的测量结果的不确定度,列出了测量不确定度分量的主要来源：电压测量、电流测量、电能脉冲测量,用A类评定方法和B类评定方法进行了不确定度评定。     

基于线阵CCD的光谱仪定标研究

光谱仪是一种基本光谱检测和分析仪器,以线阵CCD为探测核心是设备微型化的重要手段,CCD各光敏像元输出信号与待测光谱波长及光谱辐射通量之间对应关系成为定标的主要内容.研究了常规线性拟合方法,应用校准结果测量发现有时误差较大,利用低压汞灯特征谱线为基准,采用最小二乘法曲线拟合完成波长定标,计算出拟合曲线的3阶校正参数;利用辐射标准灯完成光谱辐射定标,解决了光束经过光学系统传输损耗及线阵CCD光谱响应灵敏度测量的困难,并对定标方案进行了数学推导证明.对大量实验数据进行分析表明,该定标方法是切实可行的,并成功应用到微型光谱仪器的生产过程.     

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。     

ICP-MS灵敏度及检出限测量不确定度评定

电感耦合等离子体质谱仪（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer）校准过程中的不确定度评估是量值溯源过程的重要组成部分。本文依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》和JJF 1159-006《四级杆电感耦合等离子体质谱仪校准规范》等技术规范,建立ICP-MS灵敏度及检出限测量结果的不确定度评定数学模型,系统分析测量不确定度来源,对测量结果进行不确定度评定。结果表明：ICP-MS灵敏度的相对扩展不确定度为6.1%, k=2,测量结果的不确定度主要来源于标准物质引入的不确定度;ICP-MS检出限的相对扩展不确定度为47%,k=2,测量结果的不确定度主要来源于灵敏度引入的不确定度。本文为系统评估ICP-MS的灵敏度及检出限的不确定度和开展该项目的校准、研制ICP-MS校准用标准物质提供参考。     

用面阵探测器测量激光光束质量

本文利用面阵CCD探测器,测量各种情况下的激光光束特性。这种方法可以很容易地测得激光光束能量的空间分布,并由此计算出光束中心、半径和椭圆度等参量。文中描述了这一实验装置和对He-Ne激光光束的各种测量的结果,并对测量精度和影响因素进行了分析和讨论,系统对激光辐射功率的测量精度可达±2%。     

生活饮用水中耗氧量测量不确定度的评定

依据GB/T5750.7-2006《生活饮用水标准检验方法有机物综合指标》。生活饮用水中耗氧量的测定方法,分析和评定影响饮用水耗氧量含量的不确定度分量,建立数学模型,进而得到测量结果的不确定度。测量不确定度定义为表征合理地赋予被测量之值的分散性[1]。在ISO/IEC17025-1999中要求检测实验室具有评价不确定度的程序,能够对测量项目的不确定度做出正确的评估,满足客户及监测工作的要求。测量不确定度在实验室数据比对,方法确认、标准设备校准、量值溯源及实验室质量控制与管理方面具有重要的意义[2]。     

电容式位移传感器的线性度标定与不确定度评定

由于光刻投影物镜装调中电容传感器的线性度指标不能够满足位移调节精度的需求,本文提出了一种提高电容传感器测量线性度的方法。该方法采用压电驱动器提供位移进给;采用高精度激光测长干涉仪校准电容传感器的线性度,提供位移反馈以保证运动控制精度。采用高阶曲线拟合方法得到拟合系数对传感器线性度进行在线标定;对标定实验中的环境、安装、机构以及控制等进行不确定度分析与评定以保证电容传感器的线性度测量精度;最后进行电容传感器线性度的标定实验。实验结果表明:本文提出的线性度标定方法能够减小各误差项对于测量结果的影响,标定后传感器线性度由0.047 14%提高至0.004 84%,近一个数量级,并且线性度重复性较高,重复性偏差为0.38nm,全行程内线性度的合成不确定度为5.70nm,能够满足光刻物镜中位移控制精度的需求。     

基于标准载荷测量法对原煤仓分炉煤计量装置示值误差测量的 不确定度分析与评定

原煤仓分炉煤计量是火力发电企业入炉煤耗数据来源的关键环节,原煤仓分炉煤计量装置因称量量程大而采用传统的标准砝码测量法很难进行量值溯源,本文采用基于标准载荷测量法对原煤仓分炉煤计量装置计量特性进行测量,并对测量过程产生的不确定度来源进行定性分析和定量计算。实验和计算数据表明,应用标准负荷传感器和高稳定性力源控制系统等组成标准载荷测量装置对原煤仓分炉煤计量系统进行量值溯源,其计量特性数据是可靠的。     

用HYQ—03型光学平直仪测量超长导轨的不直度

HYQ—03型光学平直仪一般只能测量6M以下短导轨的不直度。用本文介绍的方法可用这种仪器测量12M导轨的不直度。仪器说明书中介绍的方法是仪器本体在测量过程中固定不动,平面反射镜相对于仪器本体在导轨上依次移动来确定导轨的不直度。根据公式S=Ftg2α,当物镜不动,反射镜相对于光轴转动时,可由测得的象位移S求平面反射镜转角α。与此相反,当平面反射镜不动,物镜相对于平面反射镜移动时,可求得物镜主光轴的角位移α。这是用HYQ—03型光学平直仪测量超长导轨以确定基准光轴变化的方法。二者结合起来,可完成超长导轨不直度的测量工作。     

用HYQ—03型光学平直仪测量超长导轨的不直度

HYQ—03型光学平直仪一般只能测量6 M 以下短导轨的不直度。用本文介绍的方法可用这种仪器测量12M 导轨的不直度。仪器说明书中介绍的方法是仪器本体在测量过程中固定不动,平面反射镜相对于仪器本体在导轨上依次移动来确定导轨的不直度。根据公式 S=Ftg2α,当物镜不动,反射镜相对于光轴转动时,可由测得的象位移 S 求平面反射镜转角α。与此相反,当平面反射镜不动,物镜相对于平面反射镜移动时,可求得物镜主光轴的角位移α。这是用HYQ—03型光学平直仪测量超长导轨以确定基准光轴变化的方法。二者结合起来,可完成超长导轨不直度的测量工作。     

光学透镜焦距测量的熵处理方法

为解决光学检测中的误差分布问题,用实验方法验证其分布,对由人眼目视测量与光电测试光学透镜焦距进行测量,并提出采用熵方法确定概率分布类型,计算其测量结果及其测量不确定度评定,并对所得分布进行拟合性检验,证实该方法的有效性.     

用于MTF评价的复消色差准直物镜的设计

最近几年人们把许多注意力放在设计和制造大相对孔径物镜上,这种物镜被用于灵敏度扩展到近红外波段的探波器上。不太完善的MTF测量装置上作为标准部件配备的折射式准直物镜,物镜结构比较简单,而且光谱校正也受到限制。因而在直接测定大相对孔径物镜的多色MTF值和轴上色差时,就会产生误差。文中详细讨论了一个焦距1500mm的复消色差准直物镜,实际上它具有只受衍射限制的性能和很小的二级光谱(≈0.0001EFL),从而使上述误差的产生减到最小的程度。     

基于Hartmann-Shack波前检测原理的微透镜阵列焦距测量

基于哈特曼波前传感器检测原理,结合图像清晰度定焦技术,提出了一种测量微透镜阵列焦距的方法,介绍了测量系统的组成和原理.首先利用平行光管的出射平面波前在被测微透镜阵列焦面上成像,利用标准透镜产生的球面波前在微透镜阵列焦面附近成像.然后,根据平面波前和球面波前经过微透镜阵列成像时微透镜阵列焦面上光斑的偏移量,计算相应的微透镜阵列子单元的焦距.最后,基于图像清晰度定焦技术,通过不确定度分析和实验测量验证了该方法检测微透镜阵列焦距的可行性.测量结果表明,该方法对微透镜阵列焦距检测精度可达到3％;同时,一次测量可完成微透镜阵列多个子单元的焦距标定.相对于传统的检测方法,该方法具有较高的检测精度和效率.     

精确校正激光测距仪三光轴平行的理论计算方法研究

利用光学系统中的偏心环(框)结构精确校正光轴平行,是激光测距仪准确可靠测量目标距离的重要保障.由于这种光轴校正训练难以在实物上开展,所以本文以激光测距仪瞄准物镜具有偏心物镜框、环这种常见的双偏心结构为例,研究了精确校正瞄准与激光发射两光轴平行的仿真模拟所需的理论计算公式.具体研究内容有:一是证明两光轴平行度误差量可以借助平行光管和黑相纸测量出来;二是在已知光轴平行度误差量和瞄准物镜焦距情况下,给出校正光轴平行时计算瞄准物镜主点径向位移量的公式;最后,结合实际操作情况(利用拨转偏心物镜框、环实现物镜主点径向移动),在已知光轴平行度误差量和校正前偏心物镜框、环最薄点位置情况下,研究出精确校正光轴平行所需的确定偏心物镜框、环最薄点新位置的理论计算公式.     

机器视觉非接触测量系统在线校准及不确定度分析

高精度、大面阵CCD和CMOS传感器件的出现,使得机器视觉非接触测量技术得到越来越广泛的应用。本研究以典型机器视觉非接触测量模型为研究对象,通过对其原理、测量数学模型和计量特性进行了阐述和分析,创新性提出了一种机器视觉非接触测量系统的在线校准方法,分析并确立了测量过程中的不确定度来源,并对校准结果进行了不确定度评定。实验表明,机器视觉非接触测量系统在线校准方法具备两个优点：一是易操作性,优化了测量标准的追溯关系;二是校准精度高,在95％的置信概率下。校准系统不确定度为0．008mm。