可替换式微角度测量实验教学研究

提高测角系统的测量分辨率以及测量范围对于角度测量技术的发展至关重要。与传统的旋转棱镜的测角方法相比,文中提出的基于激光自混合干涉技术的微角度测量实验装置结构简单,成本较低,并且可以在扩大角度测量范围的同时,提高微角度测量分辨率,有效加深学生对于微角度测量的理解。通过将科研最新进展引入实验教学环节所提出的探究性实验可以丰富大学物理实验的教学内容,对于培养学生的科研素养,以及对于提高学生的主动探究能力都能够起到实质性的作用。

基于金刚石NV色心的微角度测量方法

微角度检测在超高精密测量技术中有着重要的作用。研发了一种基于金刚石氮空位(NV)色心的微角度测量方法,其中NV色心作为微角度检测敏感单元,共轴磁铁作为传感单元,由于共轴磁铁和金刚石NV轴之间不同夹角下的磁场强度变化引起金刚石NV色心自旋能级波动,从而使得光学探测磁共振(ODMR)信号漂移,通过闭环频率锁定技术的实时追踪实现微角度的检测。并对微角度测量进行了理论分析和实验测试,理论和实验结果基本一致。同时,通过该方法获得了微角度传感检测的灵敏度为200 mV/deg,分辨率为10 mdeg,系统的等效角度均方根噪声为0.69 mdeg/Hz^(1/2)。该方法为高灵敏度、高分辨率的微角度检测提供了新的手段,同时实时追踪金刚石多个NV轴,可实现姿态矢量微角度检测。

回转式压电微角度电动机的反馈控制系统设计

介绍了一种采用"推拉接力原理"设计的压电微角度电动机。通过TMS320LF2407型数字处理芯片(DSP)产生6路方波,将其中两路转换成三角波与两路方波相匹配作为四路控制信号。采用直流放大驱动电源将控制信号放大驱动压电电动机,电动机通过圆光栅检测回转角度并把检测值传递给数字处理芯片,从而进一步调整输出的控制信号。整个系统实现闭环控制,同时实现压电微角度电动机的匀速连续转动。电动机的最小单步角位移可达2″。

回转式微角度步距压电电动机

介绍了一种基于尺蠖运动原理的回转式微角度步距压电电动机。借助柔性机械结构,将压电陶瓷的微位移以角度方式输送出来。在结构设计方面,采用柔性铰链放大结构,夹紧器和驱动器均采用双驱动器结构,实现推-拉接力运动。配以适当的4路驱动信号,实现了压电驱动装置的单步、多步连续匀速转动。最后对样机行了实验测试。实验结果表明:所设计的回转压电电动机结构紧凑、分辨力高且运动稳定。同时,动体没有缠绕,使得驱动器可以在任意位置启动,并可在360°范围内连续匀速转动。最小步距优于3,″在160 V的驱动电压下速度达到430.4″/s.

基于QPD的单透镜微角度测量系统及其关键技术研究

介绍了一种基于QPD的单透镜微角度测量系统。通过对其关键技术如采取的光学原理、光学器件光电探测器的选择和离焦设置,小尺寸的可行性分析计算等,最后得出设计出一种结构紧凑,体积小,携带方便,灵敏度高,可测量微小角度的测量系统的可行性。同时通过实验得出测量系统大致的测量范围和测量精度。

微角度测量系统中的影响因素分析

结合自混合干涉效应的原理和直角棱镜的特点,在所提出的能满足宽范围、高分辨率的微小角度测量系统的基础上,通过更换不同边长的直角棱镜,对比分析了边长对角度测量的影响,给出了利用不同边长的直角棱镜进行测量时的基本理论分析和数值模拟结果,得出了通过选择较长边长的直角棱镜可以进一步提高测量分辨率的结论,为下一步系统地优化和改进奠定了基础。

折射率对微角度测量系统的影响分析

为了进一步提高微角度测量系统的测量分辨率,结合自混合干涉测量技术的优势,在所提出的高分辨率、宽范围的微角度测量系统的基础上,通过更换折射率分别为1. 50、1. 52和1. 54三种不同折射率的直角棱镜进行理论模拟和对比分析。当测量角度均为18 mrad时,折射率越大的直角棱镜所对应的条纹数越多。同时,当出现条纹数均为10条时,三种直角棱镜所对应的测量角度值分别为15. 03 mrad,14. 82 mrad和14. 64 mrad。在出现条纹数相同时,所得测量角度越小说明条纹越密集,分辨率越高。从而得出,在选定激光光源和相同大小棱镜的条件下,选择合适的较大折射率的直角棱镜可以进一步优化微角度测量系统,提高测角系统的测量分辨率,同时可以为激光自混合干涉测量技术的进一步发展提供良好的理论基础。

二维光学自准直微角度传感器

为实现表面微形貌测量以及精密平台的定位测量,设计了一种结构简单的小体积二维微角度传感器。该微角度传感器基于激光自准直原理,主要由作为光源的激光二极管、自准直光路和作为位置探测器的四象限光电二极管组成。分析计算发现,角度传感器的灵敏度与光路中物镜的焦距无关,因此选用了焦距较短的物镜,以实现小体积、高灵敏度的目的。四象限光电二极管具有二维位置探测能力,利用其作为光电转换装置,微角度传感器可以同时探测两轴角度变化值。实验结果表明,微角度传感器的体积可达到25×20×13 mm3,角度测量范围±1 200 arcsec,分辨率为0.1 arcsec。实验中利用激光自准直仪进行对照,有效验证了这种新型二维光学自准直微角度传感器的可行性。

基于不同棱镜的微角度测量系统及影响因素分析

为了进一步改进微角度测量系统,研究系统的测量分辨率的影响因素,文中选用了半五角棱镜以及菱形棱镜替代原微角度测量系统中的直角棱镜。系统在保证光束可以沿原光路返回激光器腔内的前提下,通过旋转不同的棱镜进行微小角度的测量。在理论模拟过程中选择条纹计数法得出所测角度的大小,同时分析了不同尺寸的棱镜及不同波长的激光光源对于测角系统的光程差的影响,从而得出在合适的范围内通过选择波长较小的激光器作为光源,或更换较大尺寸的棱镜作为系统的关键光学元件,在相同的测角范围内可以获得更高的测角分辨率。文中提出的更换不同棱镜的微角度测量系统还可以为今后的基于不同光学元件的激光自混合测角技术奠定理论基础。

光栅回转式压电微角度执行器的研究

介绍了一种基于圆光栅检测的回转式压电微角度执行器,采用尺蠖运动原理设计回转式压电电动机,运用C8051F005单片机产生四路控制信号,并采用直流放大式驱动电源放大控制信号驱动压电电动机,并通过圆光栅检测系统实时测量电动机联动盘回转角度,把测量值引入控制环节,实现最小步距为2.26"的全圆周匀速连续转动。

压电微角度驱动器及其闭环控制检测系统

采用高碳铬轴承钢GCr15作为压电微角度驱动器的加工材料,满足了系统高硬度、耐磨性、抗腐蚀性等要求。运用柔性铰链结构为压电陶瓷提供预紧并扩大输出角位移。通过TMS320LF2407型数字信号处理器(DSP)实现对运动系统的控制,提高了系统数据处理能力和运行速度。对运动系统采用数字比例-积分-微分(PID)闭环控制,提高了驱动器的位移分辨率和重复定位精度。在检测系统中,通过集成在驱动器上的圆光栅,将驱动器的实际输出结果一方面液晶显示,另一方面反馈到DSP内以进行闭环控制。驱动器单周期角位移精度可达3%。

微角度异形刚架空间分析研究

研究目的:南京至安庆铁路新建工程跨越321省道,线路与既有道路夹角仅为16.45°,在满足跨越宽度和最小净空的前提下,需要设计出既美观又经济的无砟轨道客运专线跨越规划道路的桥梁结构型式,本施工工程实例采用了异形刚架结构,通过研究该类刚架的受力特点,为同类设计工程提供借鉴。过程和方法:经过刚架与门式墩、连续刚构等结构型式的优缺点比较,最终选用了跨度为(39.6+18.7+41.3+18.7+39.6)m的异形刚架桥,着重介绍了斜交刚架的布置和设计,并通过空间有限元分析,总结出了刚架桥的受力特点。结果和结论:通过空间分析计算,该类型能够满足无砟轨道的各项强度及变形要求,具有一定的实用价值。

模具工作带微角度对型材表面挤压纹的影响

主要通过三种不同角度工作带模具挤出型材表面挤压纹的对比试验,探讨了模具工作带微角度变化对工作带粘铝附着层和型材表面挤压纹的影响。建立数学模型,推算出合理的模具工作带微阻碍角,提出了改善挤压纹和提高模具通过量的有效途径。

微角度的光学测量

综述了微角度的光学测量方法。就干涉法、自准直法和全内反射差动探测法等测量方法的原理及特点进行了讨论。给出了各方法的典型实验装置 ,讨论了各装置的特点及应用局限性 。

一种改进的微角度测量系统

针对在曾经提出的基于自混合干涉的微角度测量系统中,由于只通过旋转直角棱镜获得待测角度,会导致测量分辨率受限.根据平板玻璃在转动过程中会导致测角系统整体的光程发生变化,从而增大原测角系统的光程差,导致测角分辨率提高的原理,提出了一种改进的微角度测量系统.在保证激光器发出的激光经过外界平面镜反射后可以沿原路反馈回激光腔中的前提下,在直角棱镜前增加了一个平板玻璃,通过同时旋转直角棱镜和平板玻璃进行角度测量;讨论了直角棱镜的边长,平板玻璃的厚度以及这两个光学元件的折射率对于测角分辨率的影响,得出了在合适的测量范围内,针对该测角系统,选择较大边长的直角棱镜,较厚的平板玻璃,可以进一步提高微角度测量系统的分辨率,从而达到优化测角系统的目的.

大型精密转台高精度角度微驱动装置的研制

针对用于标定和检测的大型精密转台(要求其定位误差≤±0.5″),研制了高精度角度微驱动装置。介绍了转台的总体结构,给出了角度微驱动装置的驱动原理和构成。该角度微驱动装置主要通过一个角位移转换机构把精密直线位移转化为精密角位移来实现高的角度分辨率,其在驱动转台旋转的过程中几乎不给转台带来轴向力和径向力,因此不影响转台的轴系精度。为了满足定位要求,转台设计采用了粗精结合、二次定位的方法,即先采用力矩电机进行粗定位,然后使用角度微驱动装置来实现精定位。最后,从理论上计算了角度微驱动装置的分辨率并进行了测试和应用验证,证明此角度微驱动装置的分辨率优于0.08″,满足转台定位精度要求。

单色器晶体角度微振动的高精度原位检测技术

为实现对双晶单色器角度微振动的原位测量,设计了基于双频激光干涉仪的双晶单色器晶体角度微振动测试系统,并搭建了实验平台。激光经干涉计偏振分光后射向被测晶面,对反射信号调制解调求得晶面两端的位移偏差,从而高频获取晶面的角度位移信息。通过数据预处理可以有效去除夹杂在数据中的噪声及直流分量,应用快速傅立叶变换处理得到晶体角度振动的频谱信息,准确获取对晶体稳定性产生影响的特征频率,从而分析影响晶体稳定性的主要振源。该方案可实现晶体角位移的高频采集,分辨率高达25 nrad,并能准确分析出不同振源影响下晶体微振动的情况,为单色器结构优化提供参考。

微喷头插杆角度变化对喷洒均匀度的影响分析

为测定微喷头插杆角度变化对喷洒均匀度的影响,选取性能稳定的G型双向出水全圆喷洒旋转式微喷头(WPX60-200),测定其压力-流量关系并绘制出在3个安装高度(30、60、90cm)4个不同插杆角度(75°、80°、85°、90°)下的水量分布图。根据微喷头的水量分布图计算出微喷头的喷灌均匀系数,并进行组合分析。结果表明,单个微喷头的插杆角度对微喷头的水量分布有影响,微喷头水量分布中心向着插杆倾斜方向偏移;个别微喷头的插杆角度在75°、80°和85°时,整体的组合喷洒均匀度和喷洒强度与插杆垂直于地面时组合喷洒均匀度和喷洒强度没有明显变化。

微课角度下小学数学教学中培养学生逻辑思维的方法

逻辑思维对于小学生学习数学有着重要的作用,因此培养小学生的逻辑思维能力,是目前小学数学教育工作一项重要的教学任务。对此,就微课角度下如何培养小学生的逻辑思维能力训练展开研究应用,以期能提升学生逻辑思维能力。

微织构车刀椭圆超声辅助切削加工性能研究

为了进一步改善切削性能,将微织构刀具应用于椭圆超声辅助切削过程中,分析其对切削力、刀具磨损及表面质量的影响,然后分析刀具表面微织构角度与尺寸对刀具磨损的影响规律。研究结果表明:微织构刀具可以在保留椭圆超声辅助切削优异性能的基础上进一步改善切削性能,而且根据实验结果,微织构角度与尺寸变化会影响刀具抗磨损效果,当微织构与主切削刃平行、宽度为70μm、间距为70μm时,刀具黏结磨损最小。