基于FPGA的高速动态测量数据采集系统

针对长距离多轴激光干涉测长同步动态数据采集问题,研制基于FPGA的高速动态测量数据采集系统及上位机动态测量软件。采用FPGA挂载DDR3的硬件系统方案,提出基于边沿检测捕捉外触发同步信号、构造读写FIFO结合MIG IP核实现读写逻辑的方法设计离线系统,满足降低测量软件的实时性要求。硬件与上位机建立串口通信,实现温度、大气压强、湿度等多参数多路环境传感器的实时采样及激光波长对空气折射率的实时修正。在触发脉冲重复间隔T_(PRI)≤20μs的条件下,与商品干涉仪进行动态测量比对,实现差值小于8 nm。实验结果表明该系统在50 kHz采样率下实现了纳米级高精度测量,且无数据缺失、误码现象,可广泛应用于高速、高精度的动态测量数据采集。

2m激光干涉测长基准装置

阐述了2m激光干涉测长基准装置工作原理及系统组成，以线间距测量功能为基础，研究了接触式和非接触式的几何测长对准方法，实现了其测长功能拓展应用。介绍了实现纳米精度测长的技术措施。对称布局的双光电显微镜同步扫描测量接长的方式实现2m刻线间距测量，信号处理系统具有标准间距位置脉冲发生功能，可以实现位移传感器动态触发校准和其它应用。对于高质量的线纹尺，2m激光干涉测长基准装置单次测量刻线间距的最佳瞄准精度优于10nm（1σ），1m测量范围内的线纹测量不确定度U=（20＋40L）nm（k=2）。

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。

智能多通道测温仪

本文介绍以8031单片机为核心设计的智能多通道测温仪的构成、工作原理、程序设计以及温度传感器的非线性修正和仪器的精度分析。

产生任意波形信号的系统及其在标准微位移发生装置中的应用研究

描述了能够产生任意波形信号的信号发生系统的构成、工作原理和关键技术，并将能产生任意波形信号的标准信号发生系统应用于标准微位移发生装置中，控制标准微位移发生装置产生任意形状的标准微位移运动轨迹及模拟标准器形状轮廓轨迹，以实现对微米测量范围的位移传感器的动态校准。通过实验验证了该系统及标准微位移发生装置的准确性及实用性。

几何量微纳米级精密测量技术研究的若干新进展

介绍了几何量测量领域中微纳米精密测量技术和装置的研究新成果,涉及到一维微纳米级长度和尺寸测量、二维微纳米级坐标测量、三维微坐标测量以及三维微观表面测量.详细介绍了微纳米技术研究中所应用的关键技术的特点、目前的测量水平和能力,提供了最新技术的应用实例.并根据目前微纳米技术的发展状况,从科研和产业两个角度讨论了新型几何量计量仪器的发展和研究趋势.

科技服务经济系列报道(一)

从经济长期发展的角度来讲,科技创新是一个国家经济发展最根本的动力。温家宝总理在讲话中多次提到,科技创新不仅是应对国际金融危机的强大武器,也是经济持久繁荣的不竭动力。

微机械及纳米计量科学

简要介绍用于 MENs和微电子标准的纳米计量技术 ,并对其发展提出建议。

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。

用于纳米级三维表面形貌及微小尺寸测量的原子力显微镜

SPM是在纳米尺度上进行测量的重要的测量仪器之一 ,随着SPM进入工业测量领域 ,SPM的校准、量值溯源和测量不确定度分析已经成为SPM能够作为计量仪器使用的关键所在。文章论述了一种计量型原子力显微镜的构成、校准以及在国际比对中的应用。

高精度微位移差拍激光干涉仪

本文介绍用于高精度微位移测量的差拍激光干涉仪,其不确定度优于1×10^(-3)μm,可望作为研究多种微位移测量方法的标准。

2m比长仪纳米级精度线间距测量系统的研究

介绍了2m比长仪系统的组成，对其采用光电显微镜动态瞄准刻线和激光干涉测长原理进行了分析，研究了提高刻线瞄准精度和激光干涉测长精度的方法及利用现代电子技术实现刻线信号和干涉信号自动同步快速处理方法。自动信号处理系统基于FPGA现场可编程电路技术和计算机技术。通过对金属线纹尺测量的实验表明，依据JJG331—1994激光干涉比长仪检定规程进行实验，2m比长仪单次最佳刻线瞄准精度优于10nm（la），对其测量的不确定度分析表明，对于测量高质量的高等别线纹尺，其测量不确定度U=（20＋40L）nm（k=2）。

高精度位移传感器动静态溯源和校准装置的研制

介绍了高精度位移传感器的动、静态特性溯源和校准原理及其标准装置的结构组成，并对它进行了实验验证。该装置可根据位移传感器在实际测量中的使用状态以及幅频响应范围，生成相应幅频下的标准动态信号并产生标准振动，经过同步采集及频谱分析，可得到在不同频率下相对激光基准的幅相误差。其生成的标准动态信号量值可直接溯源到激光波长，并可对位移传感器实现0～30μm下的任意间隔的线性校准和1—100Hz下的动态校准，它还可用于在线传感器的动静态特性的校准。

测量微位移的法-珀干涉仪

研制了一种新型的折叠腔法-珀干涉仪,可适用于测量范围为100 nm以内的纳米级及数十毫米内的亚微米级位移测量,测量不确定度优于2nm。

高等别线纹尺校准装置及校准方法研究

高等别线纹尺广泛用于精密加工及精密测量设备的定位、标定及校准等。为满足长三角地区高端装备制造业对高等别线纹尺的量值溯源需求,提升地方计量机构的量传能力,研制开发了新的激光干涉比长仪装置。在主体结构设计、激光干涉测长、环境监测与补偿等方面进行了精心设计,并利用基准尺等多种仪器,对装置各部分的计量特性进行校准及实验测试。测试结果表明,该装置校准线纹尺达到了基准级的测量精度。

数字近景摄影测量中相机内参数校准

以数字近景摄影测量中相机内参数为研究对象，分析了相机成像模型和镜头畸变模型，使用基于平面标定物的方法对内参数进行了校准。根据数字近景摄影系统的特点和用途，设计和制作了具有多种特征的标定板，给出了相机内参数校准的步骤。对角点检测函数做了算法上的分析，编写了适合标定板的角点检测函数。用该方法对数字近景摄影相机的内参数进行了校准试验，角点检测的平均误差〈0．02pixel。

工频三相电能国家计量副基准和谐波计量标准的研究

该项目由辽宁省计量科学研究院和中国计量科学研究院合作研究成功,它以三相标准功率源和三相多功能标准表为主体,实现了高准确度的三相功率/电能等交流电量的输出与测量,通过传递标准获得其有功功率、交流电流、电压的量值,并在正弦和包含谐波两种状态下,以两种方式实现了量程扩展。同时首次提出并实现了无功功率/电能和谐波参量的计量溯源,从而获得了一个宽量程、多参数、全功能的三相电能计量国家副基准(0.01级)和交流电量、谐波计量标准。

激光干涉仪非线性的测量

激光干涉仪和高精度位移传感器的非线性一般为1～5nm,为了对这样的非线性进行测量,必须使用高精度测量方法,并建立高精度测量装置。文中描述了高精度拍频法布里 珀罗激光干涉仪,和利用它对工业激光干涉仪的非线性进行的测量实验。测量范围大于1.3μm,测量不确定度约为2nm。

用于线宽测量的偏振干涉共焦显微测量方法

提出一种融合共焦显微技术和偏振干涉技术的偏振干涉共焦显微测量方法。利用共焦技术进行准确的焦点定位,以获得最佳的测量光斑;同时,利用照射到台阶边缘的不同偏振方向(平行和垂直于台阶边缘)的线偏振光反射后产生的相位变化不同这一特性,进行边缘定位。相位变化是利用外差干涉测相的方法得到的。这一系统完全符合共光路原则,有很强的抗干扰能力。利用该系统对标准线宽样板进行了测量,测量结果与中国计量科学研究院用原子力显微镜测量的结果,以及厂商提供的可溯源到美国NIST光学线宽标准的测量值都符合的很好;还对同一刻线进行了5次重复性测量,其极限偏差为20nm。

金属镀层膜厚量值溯源方法的研究

对金属镀层膜厚的不同测量方法进行了比较分析,提出通过设计台阶镀层和测量台阶高度的方法,实现镀层量值的直接溯源,并与X荧光分析测量法进行大量的比对测量试验,验证台阶镀层测量方法的正确性.