零差干涉仪用于振动校准中关键技术的研究

针对零差干涉仪用于低频振动校准中数据量过大的问题,分析了其输出干涉信号的特点,采用了一种动态相位的展开算法,该算法利用了振动过程中加速度量的信息,能够大大降低频振动校准时对采样率的需求,从而有效地减小了采集时的数据量。针对正弦振动参数计算的问题,采用了基于最小二乘算法的参数递推算法,既能避免参数计算是矩阵求逆等运算操作,还能实现参数的实时计算。结果表明,利用本文所述方法能够有效地拓宽零差干涉仪用于低频振动测量时的频率下限。

基于ZYNQ的零差激光干涉仪正交信号处理系统设计

零差激光干涉仪在非接触精准测量中具有广泛应用前景,但在实际测量中设备可能会受到干扰导致信号失真,进而产生较大的测量误差。为解决这一问题,研究并设计了一种基于ZYNQ芯片的零差激光干涉仪正交信号处理系统,系统具有分布并行结构,使用ZYNQ芯片的片上ARM进行特征参数的提取运算,同时利用可编程逻辑阵列实现数据的处理,能够实时、准确地对正交信号进行矫正和显示。实验结果表明,所提出的系统能够有效矫正带有偏差的椭圆信号,减少测量误差;此信号处理系统在计算物体运动速度时,误差小于0.000 1 m/s。因此,该基于ZYNQ的零差激光干涉仪正交信号处理系统为非接触精准测量领域带来了新的应用前景。

新型零差激光干涉仪测量误差因素分析

介绍了新型零差激光干涉仪的测量原理，实验和理论分析了干涉条纹宽度、激光光强、散斑效应对该激光干涉仪测量误差的影响。结果表明，干涉条纹宽度对振幅测量值影响并不明显，测量误差为0．5％；光强变化引起的振幅测量误差为0．5％，光强较弱会增大测量误差；散斑效应引起的振幅测量误差与透镜参数有关，测量误差为0．4％。该新型零差激光干涉仪可有效降低测振系统对测量环境的要求。

零差激光干涉仪正交相位误差的分析

针对零差正交激光干涉仪在直线运动测量中的误差来源及其影响,说明了零差激光干涉仪两路正交干涉信号中零漂、幅度误差以及相位误差等典型的非线性因素对位移测量的影响。本文采用一种简单的方法首先去除了干涉信号中的零漂与幅度误差,详细论述了正交相位误差对振动与冲击位移测量的影响,通过试验与理论分析的方式确定了相位误差引起位移测量误差的大小及误差性质。提出了对相位误差进行修正的办法,并通过装置试验验证了该方法的有效性,为整个标准装置的不确定度评估以及干涉仪的调试提供了参考。

零差激光干涉仪在超低频大振幅振动测量中的应用

介绍了利用正交的零差激光干涉仪测量安装于振动台面被测靶体的位移,实时计算出运动速度和加速度,从而实现对位移达1m的超低频振动传感器的实时绝对校准。

用恒温控制平台测量零差光纤干涉仪初相位差

利用恒温控制平台,通过测量干涉光电流和干涉仪两臂光电流的方法,实现了对全光纤干涉仪两臂初相位差的测量。这种方法不同于传统的步进相移法,不需使用压电晶体(PZT)等移相器,操作简单。实验结果有很好的重复性,精度约为0.04°。

零差激光干涉仪的大范围位移测量与精度分析

研制了一种实用性强的零差激光干涉仪,采用立方角锥棱镜代替平面反射镜,克服了传统激光干涉仪光路调节困难的问题,并将其应用到大量程的位移测量中。研究了该改进型零差激光干涉仪的位移测量原理及信号处理方法。实验中,使用PI公司高精度的商用导轨来标定测量结果,通过比较测量结果来验证干涉仪的性能。实验结果表明,在百毫米级大范围位移测量中该干涉仪的位移测量精度可以达到小于0.7μm。对测量过程中各种可能的误差来源进行了详细的分析,分析结果与实验相符。

新型零差激光干涉仪振动测量系统

针对传统零差激光测振光路调试困难,提出一种简单的零差测振光学系统。采用二象限(或四象限)探测器作为该系统的探测器,由于两个象元处于干涉条纹的不同部分,探测器输出两路非正交多普勒信号,利用最小二乘法把两路非正交多普勒信号校正成正交信号,利用微分相除积分操作处理正交信号,最终解调出振动信号。实验表明:该振动测量系统调试简单,具有良好的线性特性;利用本文信号处理方法完全可以把振动信号从多普勒信号中解调出来,测得的扬声器800 Hz振动信号与驱动信号吻合。

超低频激光干涉法振动幅相特性测量技术的研究

基于对结构动力学、地球物理和地震物探等研究领域中超低频振动计量器具量值溯源迫切需求的分析,对超低频(低至0.002 Hz)、大振幅(1 m(p-p))激光绝对法振动幅值和相位测量技术进行了研究。针对激光干涉仪在动态超低频、大振幅情况下,跟踪测量性能变差的问题,研制了具有直流输出特性的大光程零差正交激光干涉仪;采用自主提出的自适应动态分解算法,解决了超低频数据量庞大、数据采集处理困难的技术难题.。给出了在超低频振动台上对石英挠性加速度计进行校准的实验数据。结果表明,该系统可实现动态光程大于1 m、频率范围0.002 Hz～2 kHz的加速度幅值和相位的激光绝对法精确测量。

激光干涉波形解调测量振动相位新方法

激光干涉频比计数法广泛应用于绝对法振动标准装置,针对频比计数法只能测量振幅不能得到振动相位,提出一种利用激光干涉条纹与振动台运动位移之间的关系,实现测量振动相位的新方法,并给出激光干涉波形解调测量振动相位的数学模型。该方法基于零差的迈克尔逊激光干涉仪,利用高速采集器同步采集激光干涉信号和传感器信号,并在Lab VIEW虚拟仪器开发平台上,软件解调振动波形,实现振动幅值和振动相位的实时测量。测量结果与正弦逼近法相一致。

基于谐波分析确定加速度计相移方法的研究与试验

论述了一种基于分析绝对法振动激光干涉信号谐波相位确定加速度计相移校准的方法.该方法以绝对法振动校准为基础,以正交输出的零差干涉仪为测量装置,通过直接对一路正交信号进行FT变换,在频域分解成无限个n次谐波,每个谐波的相位是主相位的n倍,选择合适的谐波次数,利用最小二乘法计算出主相位的值.通过仿真与校准试验,与正弦逼近法一致的校准结果证明了该方法的可靠性.本文所述方法的计算简单高效,是校准加速度计相移特性的一种有效的方法.

0.1Hz～50kHz直线振动幅值和相位国家计量基准系统的研究

描述中国计量科学院在直线振动幅值和相位测量的理论研究和技术实现方面取得的最新进展。简要介绍了国家高、中、低频振动基(副基)准幅相特性测量装置的系统构建、测量原理和技术实现,以及装置达到的主要技术指标。提出振动基(副基)准优化提升中关键的技术创新点,如自主提出了改进的外差正弦逼近法和基于波峰波谷的外差时间间隔法,在压电高频(2kHz～50kHz)振动台上,首次在国内外实现了(1nm～500nm)振幅范围内的纳米级振动传感器灵敏度幅值和相移的测量。中国计量科学研究院(NIM)与德国物理技术研究院(PTB)在10Hz～10kHz范围内开展的标准加速度计灵敏度幅相特性国际双边比对验证了国家基准的测量不确定度。

非制冷式红外热像仪敏感元件动态特性的测试

介绍了对微型机械结构(非制冷式红外热像仪的敏感元件)的动态特性的测试方法的研究.分别用谱平面光学滤波法和主动零差光纤干涉法对敏感元件进行了测试,并与有限元模拟计算的结果进行了比较,结果接近.并将后者制作成一种MEMS的微结构测试系统.通过对测试方法的研究,我们得到了一些对敏感元件的设计和评估有重要指导作用的动态参数,也得到了一种有效的MEMS微结构动态测试方法.

扫描干涉光刻机相位锁定系统设计

针对扫描干涉光刻机干涉图形相位锁定需求,提出并设计了干涉图形相位锁定系统。该系统采用零差相位干涉仪实现干涉图形相位漂移的高速高精测量,采用声光调制器以高速高精移频的方式进行干涉图形相位调制,并通过闭环反馈控制实现相位锁定。实验结果显示:系统闭环控制可实现±1/25个干涉图形周期的锁定精度,系统具有良好的相位锁定性能。该系统具有光路短、易于装调、激光利用率高等优点,未来用于扫描干涉光刻机更具优势。

振动校准中改进的零差正交信号非线性误差修正方法

针对振动校准中零差干涉信号非线性误差修正的问题,叙述了一种改进的椭圆拟合算法,与传统的基于最小二乘的海德曼椭圆修正方法相比,所述方法做了两个改进,一个是对拟合的圆锥曲线方程增加椭圆参数的限定条件,另一个是将常规的基于最小距离准则下的参数计算转化为求数据矩阵特征值。所述方法能够确保零差干涉信号形成的李萨如图形在只是一个部分椭圆的条件下,依然能够拟合得到一个完整的椭圆,从而能够扩展零差干涉仪在振动校准中的工作频率范围,同时提高测量的准确度。