AFM悬臂定位系统中光干涉误差及减小方法研究(英文)

光杠杆法是原子力显微镜(AFM)悬臂定位的主要方法。由于悬臂自身的尺寸和材料特性、检测光路系统等因素制约,悬臂弯曲测量时存在光泄露。被试样表面反射的部分泄露光与悬臂反射光产生干涉,在探针—试样接近曲线中产生光干涉误差。基于轻触模式AFM,分析了光干涉误差的产生原因,并对其引起的AFM测量误差进行了数学分析和仿真、提出了减小光干涉误差的方法。实验结果和理论分析表明,为了进一步提高AFM的测量精度,有必要克服定位系统中的光干涉误差。

大型紧缩场边缘干涉误差检测及拼缝修正

为了避免由单块反射面边缘误差导致拼缝产生物理干涉并引起反射面受力变形,保证大型紧缩场最终的型面精度及电气性能,针对典型的紧缩场反射面形式,在评价单块反射面边缘轮廓度的基础上,建立统一的正交距离回归模型,用于计算单块反射面的标称尺寸、干涉误差以及边缘的修正量,并对整体拼缝干涉高风险区进行预估及修正.利用激光跟踪仪对某大型紧缩场单块反射面边缘进行了测量,应用上述方法分析并修正了干涉高风险区,保证该紧缩场的拼缝宽度满足(0.4±0.2)mm的设计指标.

压气机叶轮叶片四坐标侧铣加工干涉误差的分析与计算

用圆柱形铣刀的侧刃加工非可展直纹面叶片时将带来较大的干涉误差，本文从理论上分析了于涉误差产生的原因及其误差的计算公式，提出了减小误差的一些方法和措施。

基于Matlab的加工钻头螺旋槽砂轮截形的干涉误差分析

在进行加工钻头螺旋槽的砂轮截形的干涉误差分析中,按照磨床加工时钻头、砂轮和机床的相对位置,建立了加工螺旋槽的砂轮的数学模型,提出了砂轮截形的反求理论;基于砂轮截形的反求理论,定量分析求得干涉值ΔR;采用Matlab进行数组间的运算及坐标变换,求得砂轮截形的散点图及拟合图,通过拟合图上的坐标值得出了砂轮截形上相应点的ΔR数组,由ΔR数组中的元素寻求最小值得到最大干涉误差。

相移干涉误差的模拟分析

借助计算机仿真系统,对相位恢复误差产生的原因进行模拟分析。研究发现,图像噪声比率与测量结果标准差呈正比关系;测量结果标准差与相移精度及相移值的具体分布有关;测量结果的标准差与相移步数的平方根呈反比。

少干涉螺纹铣削固定循环G指令开发

针对圆柱内螺纹铣削过程中切入、切出段的干涉问题,基于西门子840D数控系统开发了少干涉螺纹铣削固定循环G代码指令.通过分析螺纹铣削切入、切出段产生干涉误差的原因,针对螺纹铣削的半螺旋与四分之一螺旋铣削切入、切出过程,引入了减少干涉误差的刀轨偏心距系数e与m.基于西门子数控系统宏程序编程,开发了含有刀轨偏心距系数的螺纹铣削固定循环G指令.仿真实验结果表明:切入与切出段螺纹干涉误差会随着刀轨偏心距系数e与m的增大而减小,所开发的G指令能够灵活实现任意刀轨偏心距系数的螺纹铣削加工.可见,开发的含有导轨偏心距系数的螺纹铣削固定循环G代码能有效控制切入、切出段螺纹干涉误差,提高螺纹加工精度.

时间同步误差对星载寄生式InSAR系统干涉相位的影响分析

时间同步是星载寄生式InSAR系统的关键问题之一。提出了一种新的时间同步误差模型,并在该模型的基础上详细分析了不同形式的时间同步误差对双站SAR成像及InSAR干涉相位的影响。建立了时间同步误差到干涉相位误差的传递模型,指出了星载寄生式InSAR系统对频率源准确度和稳定度的指标要求,仿真验证了理论分析的正确性,分析结果对星载分布式InSAR系统的设计具有重要意义。

基于旋转法的干涉仪系统误差标定

针对干涉仪高精度检测的需求,本文提出了旋转法标定干涉仪系统误差,实现绝对检测,从而提高检测精度。该方法根据Zernike多项式的性质,可以通过N次平分旋转和一次旋转法两种方法实现。本文对这两种方法分别做了详细的理论推导,并且给出具体实验结果与误差分析。实验结果表明,两种方法的测量结果基本一致,差值的PV值为0.006λ,RMS值为0.001λ。误差分析结果表明,一次旋转法的旋转误差小于N次平分法,因此一次旋转法是一种精度更高的方法。

基于三维重建的分布式卫星SAR干涉测高模型及误差分析

基于InSAR目标三维重建原理对分布式卫星SAR干涉测高系统模型及工作原理进行了分析,给出了完整的目标位置三维重建闭合形式解;并对影响三维重建精度的主要误差源——基线矢量误差和干涉相位误差进行了详细分析;最后通过仿真分析了基线矢量误差和干涉相位误差特性,从而为系统参量定标及其校正提供了基础.

扫描干涉光刻系统光路结构误差分析与验证

扫描干涉光刻(SBIL)是实现大面积高精度全息光栅制作的新技术,为实现纳米级干涉条纹精度,左右两侧曝光光路的对称性十分关键,为准确计算曝光光路空间对称性与光学元件结构及安装误差之间的关系,提出了一种基于三维空间向量映射法的SBIL结构误差的计算评估方法,确定了曝光光束在空间传输或反射时各元件结构误差对光路对称性及干涉条纹直线度误差的影响,为验证上述模型,设计了基于压电陶瓷(PZT)条纹锁定的模拟系统,并通过数值仿真验证了上述模型,确定了该系统下实现纳米级条纹误差时各元件的结构与安装误差需求,搭建实验光路验证了在不同误差情况下干涉条纹误差情况,该模型计算相对简洁且易于实现,可指导SBIL结构与安装精度的设计与分配。

螺纹铣刀牙型轮廓的少干涉优化方法

根据螺纹铣削过程的径向和轴向干涉误差分析,提出了调整铣刀牙型轮廓特征点位置的螺纹铣刀牙型轮廓少干涉优化方法。首先,利用特征点法分别对标准螺纹和螺纹铣刀的牙型轮廓进行参数化表示;然后,建立螺纹轮廓面和螺纹铣刀铣削加工包络面的数学计算模型,以及螺纹铣削加工的干涉误差计算模型;最后,利用干涉模型计算得到的轴向和径向干涉误差,对螺纹铣刀牙型轮廓特征点进行适当调整,优化螺纹铣刀轮廓以减少干涉误差。以Φ8×1.5螺纹铣刀加工M14×1.5内螺纹的加工仿真与切削实验为例,利用MATLAB计算螺纹铣刀优化后的最大干涉误差为2.6μm,相比于螺纹铣刀优化前(8.1μm)降低了67.9%;内螺纹铣削实验结果表明螺纹铣刀优化后的最大干涉误差仅为15.5μm,相比于普通螺纹铣刀的最大干涉误差值(24.8μm)降低了37.5%。可见,螺纹铣刀牙型轮廓少干涉优化方法能极大减小螺纹铣削加工干涉误差,有效提高螺纹加工精度。

基于低粘度硅油波动的动态干涉仪误差标定

液面绝对检验法通常以高粘度液体平面作为基准标定光学平晶的平整度,基准液面的稳定时间及受干扰后恢复时间长。文章提出动态液面绝对检验法,采用动态干涉仪测量低粘度硅油表面的动态面形,将其平均值作为基准面,用于标定干涉仪的系统误差。基于多维模态分析原理,建立液面波动模型,使用有限元法进行仿真。仿真结果显示,动态液面是以地球半径对应的标准液面为基准的垂直波动,振幅呈余弦形式。液面平整度在采样时间内剩余误差的均值可以控制在10^(-3)nm量级。在Φ300mm立式动态斐索干涉仪上采用0.65Cst粘度、液面厚度3mm的硅油进行实验,采样时间30s。将低粘度硅油动态干涉测量标定结果与静态绝对检验结果进行比对,二者面形分布一致,PV值偏差为λ/63,RMS值偏差为λ/400。仿真和实验结果证明了干涉仪系统误差可以用低粘度硅油干涉测量均值结果标定。

分布式SAR时间同步误差的影响分析与试验验证

时间同步是空间同步和相位同步的工作前提,是实现星载分布式SAR干涉测量的核心问题。基于多项式时间同步误差模型,给出了含时间同步误差的数字回波信号仿真模型。采用理论分析与全数字仿真试验相结合的方式分析了时间同步误差对干涉测绘带损失、双站SAR成像以及干涉测高精度的影响。基于包含SAR载荷和时间同步样机等实物在内的半实物仿真系统,提出了采用不同设备连接方案的误差隔离和溯源试验评估方法,通过试验结果对比分析得到时间同步误差对干涉测高的准确影响结果。最后综合得到对时间同步分系统的输入输出指标要求。本文工作对时间同步的工程实现提供有力支撑。

激光线宽对干涉式光纤陀螺性能影响分析

干涉式光纤陀螺的标度因数稳定性进一步提升受限于宽谱光源平均波长扰动水平,影响了其对于旋转速率的测量精度以及在复杂环境下的长期使用。采用中心波长更稳定的激光能有效提升光纤陀螺的标度因数性能,但是激光的线宽窄,会重新引入宽谱光源已经基本消除的主要误差源。针对以激光作为干涉式光纤陀螺驱动光源的应用背景,基于光物理场方程计算得出干涉式光纤陀螺中克尔效应、偏振耦合以及背向散射误差与激光线宽的关系,并定量分析出在激光谱宽范围内的各项误差源。此外搭建了光纤陀螺实验系统,分别以窄线宽激光和通过外部相位调制进行光谱展宽后的激光为光源进行静态测试验证。实验结果表明,不同光源线宽下陀螺的角度随机游走和漂移同理论模型一致,证明了模型的正确性,且光纤陀螺在展宽激光驱动下,可满足零偏不稳定性优于0.01°/h的导航级需求。

基于多元回归模型的GB-SAR监测误差改正及形变分析

针对基于地基合成孔径雷达(GB-SAR)露天矿边坡监测原始影像干涉相位误差改正不准确导致形变数据精度偏低的关键问题,以马兰庄露天铁矿GB-SAR原始影像为数据源,对原始影像干涉相位误差来源和分布特征进行了分析.提出了利用三重阈值提取PS点和高质量PS点的方法,并基于高质量PS点相位与像元坐标建立了多元回归模型.依据该模型对PS点进行相位改正以获取准确形变相位和单幅影像形变量,并在时间序列上进行叠加分析.研究结果表明,基于多元回归模型的GB-SAR形变监测误差改正方法可以准确改正GB-SAR形变监测误差,提高了形变监测数据的精度.

基于信号子空间处理的ATI误差校正方法

在机载合成孔径雷达/地面动目标指示(SAR/GMTI)应用中,各误差因素常使得沿航迹干涉(ATI)方法失效,限制其实际应用。推导并仿真了同步定时误差和姿态误差引入干涉相位误差,导致ATI动目标检测性能下降的情况,提出了一种基于信号子空间处理的解决方法,并对以上误差情况分别进行了分析和校正。仿真结果表明,该方法可使ATI对误差因素的敏感度下降,从而提高动目标检测性能,扩大ATI的适用范围,具有一定的工程参考价值。

基于回波数据的机载双天线InSAR运动补偿

基于定位定向系统(position and orientation system,POS)测量数据实现补偿不适用于基线非刚性的系统,因而研究了基于回波数据的干涉相位误差补偿方法——频谱分割方法,分析了干涉相位误差与载机姿态变化造成的斜距误差之间的关系,阐明了算法原理及适用条件。分析了算法的关键参数对补偿精度的影响,提出定量化的选取标准。基于相位误差随距离向变化的模型,改善了算法精度,给出了算法流程。最后利用该算法处理了实际机载双天线InSAR数据,结果表明该方法具有较高的精度,可以在缺乏测量数据的情况下完成干涉相位误差补偿。

像面干涉中非线性干涉光谱数据重构算法

静态迈克耳孙干涉仪是一种实体式像面干涉仪,可以解决干涉光谱成像仪大视场的技术难点。在采样过程中,静态迈克耳孙干涉仪会引入光程差的非线性干涉误差,导致无法准确复原光谱,因此需要对非线性干涉误差进行修正。分析了非线性干涉误差的理论模型,提出了基于数值拟合的非线性干涉光谱数据重构算法,并进行了仿真验证。仿真结果表明,采用数值拟合的重构算法可成功复原目标光谱,消除非线性干涉误差;与采用线性拟合的重构算法相比,使用柯西色散公式拟合的重构算法的光谱复原精度更高,且吸收峰处的反演光谱与入射光谱的相对误差小于0.7%。