基于小波变换瞬时频率优化的相位细分方法

为了提高光刻机运动台的位移测量的精度,需要对测量系统得到的干涉信号进行细分处理。因此提出了一种在时域中对信号相位细分的方法,根据确定细分点频率方法的不同设计了2种相位细分方案。在使用小波变换提取信号瞬时频率的过程中,为了降低由于小波变换离散化引入的误差,设计了基于拟合函数的多拟合函数联合优化的方法,对信号进行平滑处理。仿真结果表明:经过相位细分后的单个细分相位的位移精度为0.8 nm,经优化后细分相位的相位误差降低到2.831×10^-5 rad,降低至优化前的14.8%,经过换算位移误差降到1.870×10^-3 nm,达到测量系统的预期效果,证明了相位细分方案的可行性。

相位细分高分辨率激光回波模拟方法研究

为了提高激光回波模拟距离分辨率,设计了基于FPGA主控芯片的回波模拟延时系统。采用粗细延时相结合的方式实现高分辨率采样,粗延时利用计数器实现大范围延时,细延时采用最小相移量相位调整次数的方法实现精细采样延时。外围电路包括串口通信模块、边缘检测模块和寄存器模块等共同组成回波模拟的延时系统。搭建实验平台并对15~6 000 m进行仿真和实验,仿真结果表明系统延时模块延时仿真误差≤100 ps,即0.015 6 m,实验结果数据表明18~6 000 m延时模块延时误差≤800 ps,即0.12 m。

绝对编码光栅的相位细分及其在位移测量中的应用

提出通过光栅条纹相位的精密测量,获取光栅高精度位移信息的方法。具体方法是对光栅图像采用多码道设计,用CCD二维图像传感器获取测量段光栅图像多码道信息。对最低码道图形的周期函数序列进行傅里叶变换、基频滤波和逆傅里叶变换获得光栅截断相位分布,其余码道信息提供相位展开的级次,以此获得测量段光栅的绝对相位分布。用光刻的手段制作了实用的绝对编码光栅,基元码道的尺寸是:27.36μm用于明条纹,27.36μm用于暗条纹,最小基元码道空间周期为54.72μm,光栅长度为14008.32μm。在步长近似3μm的位移测试中,与比对的标准仪器记录值比较,标准偏差为0.2057μm,精度在亚微米量级。重复性实验表明,位置测试的稳定性为0.09μm(标准差),得到600倍以上细分的分辨力。

绝对编码光栅的相位细分

针对位移精密测量中提高绝对编码光栅的分辨率,提出一种绝对编码的相位细分方法。由自然码或格雷码的多码道光栅组成编码光栅,其基元码道是高频率的罗奇光栅,解码采用傅里叶变换相位计算方法,通过傅里叶变换、空间频域滤波和逆傅里叶变换得到基元码道的相位分布,利用格雷码的级次信息得到展开的相位分布。利用相位分布的线性性质进行线性拟合,实现高分辨率的相位细分。分析了实验原理并进行了提高分辨率的相位细分实验研究,实验结果表明,采用相位细分的方法,经过标定后可大大提高绝对编码光栅的分辨率和测量精度。

基于光学干涉相位检测的MEMS陀螺信号细分技术研究

MEMS陀螺大多数使用电容检测法,其精度不高。提出利用双光干涉方法探测MEMS陀螺中质量块的振动振幅,用相位细分的方法对干涉信号进行处理,实验结果表明能使MEMS陀螺的分辨率在理论上达到0.01°/s(约0.5°/h),为提高MEMS陀螺的检测灵敏度和精度奠定基础。

光栅扭矩动态测量系统设计及实现

机械主轴在各种载荷和工作环境下的扭矩测量，国内外一直没有比较好的解决方案。针对这一现状，提出通过在主轴2端安装圆光栅及指示光栅，采用对光栅莫尔条纹计数及细分的方法实现主轴扭矩非接触式动态直接测量。其方法是在将莫尔条纹进行光电转换后，采用集成可编程模拟器件对信号进行放大、滤波和比较，然后利用软核微处理器实现数据采集、处理和控制，从而取代FPGA＋MCU的方式。实验中，测量系统采用1200条刻线的圆光栅，在主轴转速为0～1500r／min的范围内测量其扭矩，扭转角精度小于0．001。实验结果表明，采用圆光栅莫尔条纹可以达到主轴扭矩高精度测量的要求，为机械主轴测量提供了一种新的非接触式测量方法。

高频锁相激光干涉仪技术纳米定位系统

提出了一种基于高频相移电子电路驱动的压电陶瓷执行器和外差式迈克尔逊激光干涉仪的纳米位置控制方法,该方法结合双轴机械传输导轨组成了高精度大量程纳米定位系统.系统实现步长为4.945 nm的直线位移,步长的相对不确定度为1.6×10-9,1μm行程误差重复性为0.1 nm,5 mm往返行程误差重复性为0.4 nm.该方法对纳米技术与计量界在纳米刻度上的操作控制都是很有用的.