用于精密测量的低噪声激光器研究进展(特邀)

激光精密测量的测量精度主要受限于光场噪声和各种技术噪声,在去耦合技术噪声后,光场量子噪声成为限制其测量精度的主要因素。文中针对全固态单频激光器强度噪声特性,阐述强度噪声的主要来源及其对功率噪声谱的影响,回顾了传统直流反馈控制、光学交流耦合反馈控制和量子压缩器三种强度噪声抑制技术。通过回顾相关技术的发展历程,总结了强度噪声抑制技术的当前发展水平和未来发展趋势——三种技术相结合的抑噪方案是解决高灵敏度探测的重要途径。

大行程高精度两级定位工作台的控制方法研究

研究了具有宏微两级驱动双定位工作台的控制技术，该工作台采用直线电机进行大位移驱动，来保证较大的工作行程和较快的响应速度，而采用电致伸缩微位移器完成精密位置驱动，利用单频激光干涉仪实现闭环位置反馈。将该系统应用于实际中，可以实现５００ｍｍ的工作行程内小于０．０２μｍ的重复定位精度。

混联复合机床主旋转轴精度的光电检测与补偿

为了达到对混联机床主旋转轴精度准确评价的目的,采用单频激光干涉仪进行精度检测,并为机床主旋转轴定位误差的补偿做准备。针对干涉仪的测量原理进行了深入研究,分析了激光干涉仪在机床主旋转轴测量中测量精度的主要影响因素和误差补偿,提出了一种简便、可靠的检测方法。最后通过实验验证了设计的检测方案,取得了综合测量结果。

高精度高测速双纵模热稳频激光干涉仪研究

现代机械工业的发展使得数控机床和三坐标测量机等的运行速度已经达到1000mm/s,而目前商用外差干涉仪的测量速度不能满足这一要求。为此该文采用长度为206mm、频差约728MHz的普通全内腔He-Ne热稳频激光器为光源,外加带有高频振荡器形成的交流信号进行脉冲计数的信号处理电路,构成高精度高速双纵模热稳频激光干涉仪。通过实验对干涉仪的测量速度和精度进行了验证,其精度达到0.1μm/800mm。实验证明,该干涉仪可以对速度为1000mm/s的运动物体进行位移和速度测量。

位移传感器校准技术研究

介绍了一种直线位移传感器校准装置。该系统以自行研制开发的高准确度单频激光干涉仪为长度标准,通过可编程位移发生装置的配套使用实现了直线位移传感器的校准。

丝杠螺母副轴向窜动误差分析及测量系统设计

分析影响螺母定位精度的因素,提出了丝杠轴窜误差;设计了基于激光干涉仪的测试方案,搭建了实验非接触式测试系统,对测试系统进行了误差分析,最后对理论分析进行了实验验证。实验结果表明,丝杠螺母副轴向窜动呈周期性变化,正反方向周期一致,其幅值大小为90nm左右;该误差对螺母的定位精度影响在亚微米范围。

全站仪周期误差检定装置的研制

全站仪周期误差检定装置,选用大理石制作基座,导轨选用精密单导轨双频激光干涉仪为标准器,实现了对全站仪、手持测距仪、钢卷尺、π尺、光栅尺和位移传感器等其他计量器具的检测。

直流分量跟踪法在单频干涉测长系统中的应用

针对单频激光干涉测长系统光强"零漂"问题,提出一种跟踪系统输出信号直流分量的方法。该方法根据信号过"零点"斜率绝对值最大的特点,检测信号直流分量。对信号直流分量的跟踪为系统计数器触发电平的调整提供了依据,具有自适应性强的优点。对激光光强按0.9t的规律衰减,物体作非匀速运动情况进行了仿真分析,结果验证了物体低速运动时该方法的可行性。

单频激光干涉仪非线性误差优化方法研究

为减小非线性误差对单频激光干涉仪测量精度及稳定性的影响，分析了引起其非线性误差的各种因素。利用琼斯矩阵推导出该系统光学参量的数学表达式。采用常规的优化调校方法提高系统精度会带来其它参数性能降低。提出改善单频激光干涉仪性能的最优控制优化调校方法。实验结果表明，采用该调校方法，使单频激光干涉仪信号的正交性、干涉条纹对比度和灵敏度均得到了一定程度的优化，干涉条纹对比度vimax,o可达到0．97，并且两路信号对1／8波片转角的4倍周期也变为2倍周期。

高精度电容式位移传感器校准方法的研究

介绍一种使用激光干涉仪结合单轴精密位移台对电容式位移传感器进行校准的方法。建立了一套高精度电容式位移传感器校准装置，利用单轴精密位移台位移与电压之间的关系产生纳米级的微小位移，同时使用激光干涉仪和待校准电容式位移传感器测量单轴精密位移台的微小位移。该装置可实现电容式位移传感器线性度、测量重复性以及测量分辨率的校准。实验验证了此校准方法的准确性和实用性，对影响校准的主要因素进行了分析，其综合不确定度为2．2nm。

基于双频激光干涉仪的显微模板精密测量

为了对光纤阵列测量的高精度显微模板进行精密检测,采用双频激光干涉仪结合显微视觉系统,通过骨架化、腐蚀法、质心法等算法对显微图像进行计算处理,实现模板特征刻线的提取与精确定位。对模板上8条刻度线之间的间距分别进行重复测量和组合测量,实验结果表明重复测量的标准偏差不大于0.07μm,组合测量的标准偏差不大于0.04μm。介绍了测量系统构成与工作原理,并对测量过程进行了精度分析,分析结果表明测量过程的极限误差不大于0.10μm。

基于单频激光干涉仪的精密工件台定位系统设计

激光干涉仪是以稳频氦氖激光波长为已知长度,利用迈克耳逊干涉系统测量位移的工具。近年来,激光干涉仪一直作为精密测量工具为精密加工机和工件台进行定位校准工作。本文介绍了一种基于单频激光干涉仪的精密工件台测量定位系统。本定位系统采用单频激光干涉仪作为精密测量工具,采用高档8位单片机作为数据处理微控单元,并基于VC++语言编写相关控制软件。实际应用证明本系统定位速度快,精度高,理论上最小分辨率为38.6pm。

短距离精密测距技术的研究

本文根据浮子式液位计原位校准系统的要求与苏州第一光学仪器厂合作生产出一款短距离高精度测距仪,它采用相位法测距原理,在使用其配套棱镜时,10m范围内测距精度可达0.3mm。本文在分析和评定测距仪内符合精度的基础上,利用双频激光干涉仪校准系统,对仪器的精度进行了检定和分析,并通过三次样条插值等方法对测距误差进行拟合分析,利用拟合函数对测距误差进行改正,进一步提高测距仪的精度。最后通过验证,经过改正后的测距仪精度可达0.1mm。

马赫-曾德尔光纤干涉仪的研制及应用

介绍了作者在测量单纵模激光器线宽参数的过程中,研制的马赫-曾德尔光纤干涉仪,并给出了实验结果。

基于激光光斑圆心偏移计算的导轨直线度测量

提出了一种基于激光束光斑圆心位置偏移计算的导轨直线度测量方法,能够实现对导轨直线度的测量.从激光干涉仪发射出一束激光,打到安装在导轨移动靶标上的平面反射镜,激光束反射回来最终被CCD相机接收,获得光斑图像,多次等距离移动平面反射镜,采集光斑图片.利用hough变换检测图像中的光斑圆弧,提取光斑圆心像素坐标,采用黑白棋盘格标定法得到物理坐标,根据被测导轨上各测量位置获取的光斑圆心与初始位置光斑圆心的偏移量,由最小二乘法求得被测导轨的直线度误差.将实验结果与三坐标测量机的测量结果对比可知,我们提出的测量方法的测量精度为40μm,具有较高的可行性.

基于USB接口的单频激光干涉仪计数卡设计

介绍了一种基于USB总线的单频激光计数卡。重点阐述了该数据采集卡的总体设计与实现,讨论了四倍频细分辨向电路、锁存电路以及USB接口电路的设计原理与实现方案,给出了电路的仿真波形。通过测试及用户实际使用证明,该计数卡稳定性好,抗干扰能力强。

单站定位中切向与径向运动测距模型的等价性分析

单站无源定位在电子侦察应用中占重要地位。在对单站无源定位的2种不同理论模型简要回顾的基础上,基于干涉仪测向应用对通道间相位差变化率测量与频差测量过程进行了分析,通过相位差变化率与频差这2个物理量之间的固有关系,从理论上证明了单站无源定位中切向运动测距模型与径向运动测距模型的等价性,并通过仿真对上述理论分析结果进行了验证,揭示了单站无源定位中2种不同理论模型的统一性,从而为上述理论模型的工程应用边界条件分析提供了重要参考。

精密测距仪精度测试与修正

DL1000精密测距仪为苏州第一光学仪器厂生产的一款近距离测距仪，其采用相位法测距原理，在配合使用其合作目标时，0．05—10m范围内测距精度优于0．3mm。本文在测试其测距范围和内符合精度的基础上，利用双频干涉仪检校系统对其外符合精度进行了检定与分析。而后通过拟合和内插的方法建立了偏差修正模型，进一步提高其测量精度。实验结果表明，经过修正后的测距精度可达0．1mm。

一种光电编码器转角精度检测方法的误差分析

针对高精度光电编码器转角精度的检测,提出了一种基于双频激光干涉仪的光电编码器转角精度检测方法,并研制了相应的检测装置。该装置以步进电机为驱动元件,通过减速机构带动被检编码器和角度基准旋转,以Renishaw双频激光干涉仪为角度基准检测仪器,使用Renishaw RX10回转轴校准组件为角度旋转基准,检测精度达1.36″。分别使用该装置和传统手动检测装置对21bit绝对式编码器进行精度检测对比实验,结果表明,该装置是可行的,且在检测效率、检测精度上均高于传统检测装置。

双频激光干涉测量中的环境补偿技术

作为一种超精密的非接触式测量设备,双频激光干涉测量系统可以在保证纳米级测量精度的情况下实现大范围和高速度测量,因而获得非常广泛的用途。环境是影响激光干涉测量系统测量精度的最大因素,为了获得纳米测量精度,必须对测量环境进行补偿。因此,重点研究了环境补偿技术,并研制了一种新型波长跟踪器,与Edlen经验公式进行对比测试,结果表明新型波长跟踪器具有良好的补偿效果。采用自制波长跟踪器补偿之后,被测运动台伺服精度可达1.61nm。