基于激光干涉仪同步测量的动态校准装置

为满足时变几何量的瞬时动态测试需求,研制了一种基于激光干涉仪同步测量的动态校准装置。该装置采用直线运动导轨和运动发生器、长度标准器激光干涉仪,以基于GNSS驯服时钟的同步触发器实现同步测量并确保时间准确稳定,并使用动态校准软件实现控制一体化。经综合分析激光干涉仪的最大允许误差、直线运动导轨的直线度、环境因素、触发信号间时延及激光干涉仪测量时延等因素,该装置的长度示值的测量不确定度为Q[1.8μm,3×10^(-7)L](k=2)。与同型号激光干涉仪的比对实验和激光跟踪仪瞬时长度测试实验,证明了不确定度评定的合理性以及该装置在瞬时动态准确度测试中的可行性。

基于贝叶斯动态模型的激光干涉仪漂移误差预测

针对长时间测量时激光干涉仪产生的漂移问题,提出了一种基于贝叶斯动态模型的漂移误差预测方法。通过采集非测量阶段的漂移误差序列,分析了数据特征并据此建立了贝叶斯动态模型。然后,利用无信息先验分布法获取了递推所需的初始信息,运用贝叶斯递推算法训练并估计了模型状态参数。最后,基于实验室自制的迈克尔逊激光干涉仪对漂移误差预测效果进行了实验验证。结果表明:与常用的最小二乘拟合法和神经网络建模法相比,基于该方法预测补偿后的残余漂移误差的均方差分别减小了67.85%和99.08%;由重复实验的预测效果可知,残余漂移误差的均方差较补偿前都减小了82%以上。验证了提出的基于贝叶斯动态模型的漂移误差预测方法的有效性和稳健性。

面向TDI技术地面验证的激光干涉仪本底噪声分析

在空间引力波探测中,由于星间激光干涉臂不等,导致激光频率噪声不能共模消除,从而使微弱的引力波信号被激光频率噪声淹没。时间延迟干涉(TDI)技术通过将激光相位数据在时间上延迟,构成虚拟等臂干涉,从而能减小激光频率噪声对引力波信号探测的影响。为了在地面验证TDI技术能够将激光频率噪声对引力波探测的影响降低至3×10^(-7) Hz/√Hz(傅里叶频率1 mHz处),需要分析TDI地面验证系统本底噪声的主要来源。通过实验测量和计算分析,提出了面向TDI技术地面验证的激光干涉仪的重要参数设计要求,包括激光干涉臂的臂长差、激光频率稳定度、气压稳定度、激光功率稳定度以及各部件温度稳定度等。

用于引力波探测的星间激光干涉测量模拟系统

星间激光干涉仪具有比地面干涉仪更长的干涉臂(10^(6)km),能够探测更低频段0.1 mHz~1 Hz的引力波。星间激光干涉仪具有典型的应答式外差干涉仪结构,其本质是一个光学锁相环。在地面环境下搭建模拟的星间激光干涉仪,成功将从激光器的频率锁定到稳频的主激光器频率上。结果显示:锁相环的锁定时间超过2×10^(4)s,满足了低频信号的探测条件;在较短位移和较长位移的不同条件下,干涉仪无粗大误差。经过分析得出:温度、气压等环境扰动带来的噪声是制约干涉仪精度的关键因素。

月基激光干涉仪引力波天文台

引力波是广义相对论的重要预言,引力波探测是当代物理学最活跃的前沿领域之一。引力波的发现使引力波天文学完成了从寻找引力波到研究引力波这一历史性转折,开创了引力波天文学蓬勃发展的新时代。以地球为基地的激光干涉仪引力波天文台和空间引力波探测器在世界各地迅速地发展起来。随着探月工程的开展,以月球为基地的激光干涉仪引力波天文台的建造也越来越引起人们的关注。该文对月基激光干涉仪引力波天文台进行了简介:首先回顾其历史、陈述其有利条件及探测器基本参数和光学结构,展望其未来的发展前景。

高速高分辨率双纵模双频激光干涉信号处理系统设计

文章针对目前双纵模双频激光干涉仪信号处理系统存在的抗干扰性能下降,难以高速测量和测量分辨率不高的问题,提出采用电学方法对干涉仪输出的测量和参考信号进行降频处理,获得所需的合适中频载波信号后,进行计数处理得出测量结果,这可以有效解决干涉仪的抗干扰能力,实现高速测量;采用AD8302直接比相加上D触发器构成极性判别电路,采取该方式可解决干涉仪的测量仪分辨率不高的问题。同时,设计了基于CPLD的计数模块,可实现信号的全流程处理高集成度完成。最终完成的双纵模双频激光干涉仪信号处理系统同时具有测速高(不小于1 m/s)、分辨率高(优于0.5 nm)和集成度高的突出优点,能较好地满足各种高速坐标加工及测试装备的纳米级高分辨率测量需求。

基于激光干涉的多轴运动平台垂直度测量

测量垂直度误差的常用方法有实物量具法、体积测量法、CCD测量法、平面光栅测量法、激光跟踪仪测量法和激光干涉仪测量法等,这几种方法普遍存在操作不简便,使用成本高或无法实现在线测量等缺点。为此,提出了一种基于激光干涉仪原理的多轴运动平台垂直度在线测量方法,利用激光器、五角分光棱镜、五角棱镜、直线度干涉镜、直线度反射镜等组件构建了一种多轴激光干涉垂直度测量装置。通过光路设计,可以将此装置搭建于被测多轴运动平台上,从而实现高效率、高精度的垂直度在线测量。最后通过与花岗石角尺测量垂直度的方法进行精度比对测试。测试结果表明,偏差为1.4″,归一化偏差E_(n)<1,结果较理想,证明了方案的可行性。

基于激光干涉光刻技术的产品防伪包装设计研究

为了提高产品防伪包装设计效果,提出基于激光干涉光刻技术的产品防伪包装设计方法。利用光纤耦合激光传输控制多光束干涉信息,基于光纤波导分束形成技术,集成处理光束传播路径,基于光束振幅、相位和偏振联合调制方法,提取产品防伪包装的防伪状态特征量,基于振幅型或相位型的微结构衍射单元阵列传输方法,构建激光干涉光刻模型,实现四光束、五光束和六光束的多光束激光防伪。测试结果表明,所提方法的被篡改率最低为0.05%,解密时间较短,均在30 ms左右,MSE为0.673%,PSNR为47.40 dB,SSIM为0.975,采用该方法进行产品防伪包装设计,提高了产品的激光防伪能力,降低被篡改率。

毫米级纳米几何特征尺寸计量标准装置多自由度激光干涉计量系统

准确的纳米几何结构测量是提高集成电路、微纳机电系统和微纳技术产品的质量和性能的关键技术支撑,为了得到准确一致的测量结果,必须实现纳米尺度的量值溯源并建立量值的传递体系。为满足纳米几何结构计量从纳米尺度到毫米尺度的跨尺度计量需求,实验室研制了毫米级纳米几何特征尺寸计量标准装置,集成于该装置中的多自由度激光干涉计量系统,实现了测量结果向米定义SI单位的直接溯源。实验结果表明该系统能够在毫米级的测量范围内,实现纳米级的测量准确度,分辨力达到了亚纳米量级。

多光束激光干涉光刻图样

利用电磁理论,研究了多光束激光干涉图样的产生原理,结合计算机数值模拟和相关实验结果,分析了干涉图样的影响因素。研究结果表明:多光束激光干涉图样可以看成是多组余弦分布的平行线条纹的叠加;相干光束的偏振方向、入射方向、光束间相位差是干涉图样的重要影响因素,改变这些因素,余弦分布的平行线条纹的振幅、位置、周期和方向发生变化,图样也随之变化。

一种新型单频激光干涉系统的研究

这种单频激光干涉系统采用共光路设计布局,通过偏振分束器以及1/4波长片等光学器件对干涉条纹进行空间移相,提取相位依次相差90°的三路干涉输出信号,进行比较放大,解决了常规单频激光干涉仪中的光强“零漂”问题。利用共模抑制技术,提高了干涉系统的测量稳定性和重复性。采用光程差放大技术,提高了干涉系统的分辨力。

激光干涉仪在机床导轨平行度检测中的应用

为检测机床或测量机等导轨之间的平行度,用激光干涉仪和岩石平尺作为主要测量工具,基于最小二乘法求解直线度的原理,通过线与线之间的平行度计算方法,以激光干涉仪的反射镜光轴为基准,采用基准法评价机床导轨的平行度,分析了激光干涉仪检测平行度的方法、符号判断及影响直线度和平行度的因素。用两种不同测量工具测量线与线之间平行度,比较两种测量工具的优势特点,为激光检测机床导轨的平行度检测提供测量依据。实验结果表明,相比于岩石平尺,激光干涉仪常用于大尺寸导轨直线度和平行度的测试,且具有直观、方便、高精度的测量优势;岩石平尺由于本身的材质原因不便携带,且本身精度对直线度和平行度的测量结果有影响。

共光路移相单频激光干涉测长系统

单频激光干涉系统采用偏振光移相方法,用来解决常规单频激光干涉仪中的光强"零漂"问题。共光路设计提高了干涉系统的测量稳定性和重复性。采用光程差放大技术提高了干涉系统的分辨力。在构造了一套实验布局的基础上,分析了影响系统测长精度的主要因素,并对干涉系统的测量误差分量做了定量的分析,完成了系统的精度测试。

基于激光干涉仪的线位移传感器自动校准装置的设计

传统的线位移传感器校准方法在实际应用中存在一些局限性,例如无法消除固有误差、环境因素影响等。因此,研究设计新的校准装置对于提高线位移传感器的精度和可靠性至关重要。目标是设计一种高精度、可靠性强的校准装置,以减小线位移传感器的固有误差并提高其测量准确性。通过对不同的校准装置和技术的研究和比较,探索了最佳的校准方案,并进行了实验验证。

激光干涉仪的线性测量误差及分析

文章介绍了激光干涉仪的线性测量原理,通过线性测量原理了解测量过程中可能产生的误差。为了减少或消除测量过程所产生的误差对机床线性轴线相关精度的影响,在深入分析死程误差、余弦误差、阿贝(Abbe)偏置误差等常见测量误差基础上,提出了减少或消除测量误差的相应措施或解决方法,一定程度上提高了数控机床线性精度测量的精度准确性和可靠。

基于激光干涉仪的轮径测量器检具测量装置

以组合量块式轮径测量器检具为对象,分析了目前常用方法中存在的问题,提出了一种新的测量思路,并开发了基于激光干涉仪的测量方法和测量装置。通过测量不确定度的分析评定和实验的比对验证,证明该装置的测量能力是满足相关要求的,能够对组合量块式轮径测量器检具进行有效测量。

基于ZYNQ的零差激光干涉仪正交信号处理系统设计

零差激光干涉仪在非接触精准测量中具有广泛应用前景,但在实际测量中设备可能会受到干扰导致信号失真,进而产生较大的测量误差。为解决这一问题,研究并设计了一种基于ZYNQ芯片的零差激光干涉仪正交信号处理系统,系统具有分布并行结构,使用ZYNQ芯片的片上ARM进行特征参数的提取运算,同时利用可编程逻辑阵列实现数据的处理,能够实时、准确地对正交信号进行矫正和显示。实验结果表明,所提出的系统能够有效矫正带有偏差的椭圆信号,减少测量误差;此信号处理系统在计算物体运动速度时,误差小于0.000 1 m/s。因此,该基于ZYNQ的零差激光干涉仪正交信号处理系统为非接触精准测量领域带来了新的应用前景。

基于激光干涉仪的液位计检定装置设计研究

根据液位计的工作原理及JJG 971-2019《液位计》检定规程,本文利用连通管中液位保持等高的特性,以激光干涉仪为主标准器,研制了液位计专用检定装置。同时,提出相应的检定方法进行量值溯源,并对其示值误差进行不确定度评定。结果表明:该装置操作便捷、适用性强,能有效提升检定精度。

激光干涉仪测量长度

分析了激光干涉系统的原理,给出了长度测量的计算公式。基于我们研制的测长仪讨论了仪器的设计要点,介绍了一种典型应用——数控机床的精度检定.