新型长距离无导轨激光干涉仪

外腔半导体激光的线宽小于100 kHz,干涉相干距约为1000 m,波长可调节范围超过100 nm(1495～1645nm),应用上述二项特性,通过改变波长(频率)测得任意点到仪器的距离(不需要在测量计数时移动反光镜).其测量距离大于100 m,分辨率可以优于3 nm,不确定度可以达到2.5×10-6 L,达到工程测量对测长仪器的要求.为提高测量不确定度,还可以使用2个或2个以上特定波长,通过小数重合法,更精确测得与被测点的距离,不确定度可以达到5×10-7 L.其优点是:测量时无需导轨移动测量镜(对比双频激光干涉仪)、可以挡光进行间断测量(对比激光跟踪仪)、测量不确定度和分辨率精度指标高(对比激光测距仪).可以为尺寸大、形状复杂的几何物件和大型建筑物、基线场等精密测量提供十分有效的方法和工具.     

双探针原子力显微镜视觉对准系统

传统的原子力显微镜（AFM）受针尖形状和放置方式的影响很难测量线条的宽度和两个侧壁的形状,故本文提出采用双探针对顶测量方案来消除AFM针尖形状对测量结果的影响。介绍了一种基于机器视觉的双探针原子力显微镜对准系统,该系统将两个探针接触到一起,实现了双探针在三维方向上的对准。系统采用具有亚微米级分辨率的镜头,配合高分辨率的CCD来获得探针的清晰图像,用于在水平和垂直两个方向实时监控双探针的运动情况。采用基于石英音叉式的自传感自调节的原子力探针,无需外加光学探测系统,缩小了系统体积,避免了杂散光对视觉对准系统的干扰。最后对针尖进行了亚像素边缘提取,精确地获取了探针之间的相对位置,实现了亚微米级的双探针对准（1 μm以内）。该结论由探针之间距离与幅度/相位曲线得到了验证。     

利用计量型原子力显微镜进行纳米台阶高度测量

计量型原子力显微镜纳米测量系统主要由扫描器、测针位置传感器和一体化微型激光干涉三维测量系统等部分构成．针对计量型原子力显微测量系统,采用三维激光干涉测量系统作为测量基准,以实现原子力测量系统的纳米尺度量值溯源和校准工作．建立了校准模型,分析了扫描器9项主要误差项,并将该模型应用到原子力显微镜扫描器的校准中．校准后的结果表明,除z轴位置误差不超过±2nm外,其他8项的残余误差均不超过±1nm．通过台阶高度国际比对,建立了台阶高度标准计算方法及不确定度分析模型．台阶高度国际比对的测量结果表明,计量型原子力显微镜的测量值与参考值相差均小于1．5nm．     

基于DeviceNet现场总线的电动阀门控制器

介绍了具有DeviceNet现场总线通信接口的电动阀门控制器开发过程.分析了电动阀门控制器的具体功能及其在DeviceNet现场总线中的对象化描述.给出了软硬件实现方案和程序流程图,并详细讨论了DeviceNet对象模型的建立和在Keil C中实现对象的方法.该阀门控制器实现了与其他DeviceNet现场总线产品的互连、互操作.     

计量型原子力显微镜的位移测量系统(英文)

针对纳米结构表征和纳米制造的质量控制需要,中国计量科学研究院设计并搭建了一台计量型原子力显微镜用于纳米几何结构的测量.为了将位移精确溯源到国际单位米,研制了单频8倍程干涉仪测量位移,样品表面形貌则由接触式原子力显微镜测量.一个立方体反射镜与原子力显微镜的测头固定,作为干涉仪的参考镜.两个互相垂直的干涉仪用于测量样品与探针在x-y方向的相对位置.样品台置于具有三面反射镜的零膨胀玻璃块上,由压电陶瓷位移台驱动.另外两台干涉仪测量样品与探针在z方向的位移,探针针尖位于干涉仪光束的交点以减小Abbe误差.由于光学器件的缺陷产生的相位混合会引起非线性误差,采用谐波分离法拟合干涉信号来修正误差,修正后干涉仪测量误差减小为0.7 nm.     

计量型原子力显微镜环境温度的测控

在纳米结构的检测与表征领域中,温度是影响纳米尺度测量精度的重要误差源.为此,根据测量材料的热物性和空气折射率与光学测量的关系,以计量型原子力显微镜和大范围纳米测量机为例,首先通过设计高精度多点测温系统进行精密的温度测量,分析估计在扫描测量纳米结构过程中温度变化对其测量结果的影响.其次对纳米测昔中温度测量的相关技术问题进行了研究,以保证纳米表征和检测在纳米尺度及其量值上的准确性.     

纳米力学测量系统的载荷与位移溯源校准方法研究

对纳米力学测量系统在准静态压入模式下的载荷因子、位移因子的量值溯源校准方法进行了研究。通过一组标准砝码产生标准载荷,拟合标准砝码质量和传感器输出电压得到载荷因子;利用激光干涉仪测量压针位移,拟合干涉仪位移值和传感器输出电压得到位移因子。采用标准样品对校准结果进行了试验验证,校准后的纳米力学测量系统在国际比对测量中取得了良好结果。     

基于HSPMI的激光干涉位移校准系统的构建及实验研究

基于高稳定性平面镜干涉仪（HSPMI）构建了一套激光干涉纳米位移校准系统。描述了该系统的组成,设计了基于VME总线的数字信号处理计算机软件程序,对影响系统测量不确定度的各类误差进行了分析,得出该校准系统测量不确定度为2.93 nm。分别对系统稳定性和纳米级位移测试进行了实验,验证了构建系统的有效性和实用性。     

单频激光干涉仪非线性误差修正方法

提出了一种谐波分离的干涉仪信号处理方法,利用傅里叶级数对校准信号进行最小二乘拟合得到修正模型.该方法适合于消除干涉信号中引起非线性误差的各种谐波成分.通过将修正分为初始相位计算和精确相位计算,可以使单频激光干涉仪的非线性误差修正达到最优化.模拟验证结果表明,当噪音信号幅度为基波信号幅度的5%时,残余误差的幅度约为±1 nm;而当噪音为0.5%时,残余误差约为±0.1 nm.     

串行扩展应用平台设计

介绍一种用于系统内芯片级串行扩展的应用研发平台。该平台包括PC机构成的上位机和单片机构成的下位机。上位机提供了良好的人机交互界面;下位机采用虚拟器件、虚拟接口,通过单片机软件和I/O口线模拟出多种串行接口的访问时序逻辑。借助这一平台,可方便地实现对具有I2C、SPI、Microware、One-wire等接口的从器件芯片的操作,简化了系统设计前的测试工作。