633 nm热稳频He-Ne激光真空波长校准研究

633 nm热稳频He-Ne激光是激光干涉测量技术中应用最广泛的波长标准光源。633 nm激光波长是几何量计量中最重要的溯源路径。该文分析了633 nm热稳频He-Ne激光的频率特性,并以此为依据详细探讨了633 nm热稳频He-Ne激光器真空波长的校准内容和校准方法。在激光平均波长测量和波长不确定度评定中均考虑了波长复现性产生的影响,给出了校准数据处理方法和不确定度评定示例。结果显示,在633 nm热稳频He-Ne激光真空波长校准中,考虑复现性的影响是必要的。

基于FPGA的角度动态校准信号同步采集电路研究

针对角度动态校准时各测角系统间信号延时不一致问题展开研究。对信号延时差异带来角度同步误差的产生机理进行阐述,建立角度同步误差模型并明确与系统间延时差异间关系;设计并研制基于FPGA的信号同步触发采集电路,说明了定角触发在信号同步中的应用。搭建转台实验平台并开展验证实验,实验结果证明:在不同转速下,测角系统间角度同步误差与转速为线性关系,延时差异基本不变,保持在45.369~46.641μs范围内。

论齿轮样板

齿轮样板是齿轮参数量值的标准实物载体,用于将齿轮国家测量标准所复现的量值传递到各级齿轮测量仪器上,从而实现齿轮测量的准确性和一致性,保证齿轮产品质量。全面概述了齿轮样板起源及其发展历程;详细论述了齿轮样板的种类、结构及特点、齿轮样板的测量技术及装置、齿轮样板的国际比对、未来的发展与展望。齿轮样板迄今已历经九十多年发展,其种类在不断丰富、尺度不断延伸、复杂度不断简化,作为一种“有形”的实物量具,目前仍不可替代。未来随着“无形”的虚拟仿真测量技术发展,对“有形”实物样板的依赖将可以减弱,“无形”的技术将可能成为量值传递的新模式。

具有非惯量负载转矩补偿功能的伺服永磁同步电机控制方法

通过电机运动学方程建立以负载惯量、黏性阻尼系数、负载重力力矩和负载初始位置角度为需辨识参数的拟合模型函数式,通过基于该模型函数的非线性回归方法拟合得到这四个参数,从而得到非惯量的负载转矩,使其前馈补偿经典电机PI控制方法中的电流环,实现对时变负载转矩的补偿。仿真结果验证了该方法能使速度响应较快跟踪输入的速度命令,避免较大速度误差的出现。

一种用于激光跟踪仪的无纹波最少拍控制器

针对激光跟踪仪测量跟踪时快速性和高精度的要求,对常规永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)三闭环控制系统进行改进,在使用常规PI调节的电流环和速度环基础上,设计了一种能实现PMSM控制系统无纹波最少拍状态的位置环控制器,使PMSM控制系统在避免纹波干扰造成系统损耗的前提下能以最少采样周期跟踪上运动轨迹。通过仿真实验,验证了该改进的PMSM控制系统相较常规的PMSM三闭环控制具有明显的跟踪快速性和准确性。

633nm内腔式He-Ne激光器热-频率特性研究

研究了在-20~40℃环境温度下633nm内腔式He-Ne激光管的自由运转特性,设计了激光器系统的预热和稳频控制方案,实现了633nm内腔式He-Ne激光器的频率稳定。当室温约为24℃时,锁定后的热稳频激光器与高精度碘稳定激光器的拍频结果显示,3h内频率的相对标准不确定度为u=6.4×10^(-9),阿伦方差为7.0×10^(-9)(采样时间τ=1s),3个月内的频率复现性优于4.6×10^(-11)。研究了在-20~40℃范围内不同环境温度下锁定后输出激光的频率漂移规律,实验结果显示,稳频后激光输出频率随环境温度的漂移量约为293kHz/℃,与采用压力估算模型计算得到的漂移值268kHz/℃相一致。因此,当激光器工作在一个较大的温度范围内时,可以通过插值校准来获得更准确的参考输出频率。

外差干涉仪非线性误差补偿抑制与测量研究进展

由于存在周期性的非线性误差,外差激光干涉仪的测量精度很难提高。对此,首先分析了外差激光干涉仪中非线性误差的来源,包括频率混叠、偏振混叠与鬼影虚反射。然后讨论了非线性误差的补偿与抑制技术,包括干涉信号处理、传统结构改进、偏振光空间分离、调相双零差干涉,接着介绍了非线性误差的测量技术,包括干涉信号处理测量、双相位差分检测、法布里-珀罗干涉仪检测。最后对非线性误差的补偿、抑制和测量技术做了总结与展望,为相关领域的研究提供了参考与借鉴。

激光跟踪干涉系统基点的直线约束标定方法

激光跟踪干涉系统的测量精度是工业机器人标定精度的主要影响因素,其基点标定精度决定了激光跟踪干涉系统的测量精度。为了确定基点与激光跟踪干涉系统的准确距离,提出了一种激光跟踪干涉系统基点的直线约束标定方法。建立了基于直线约束的数学标定模型,使各标定约束点分布在同一直线上,可直接应用干涉测量方法获取约束点的精确坐标,使用最小二乘法进行数值解析确定基点距离,该方法具有原理简单、误差源少、测量精度高的特性。针对影响标定精度的各项参数进行了数值仿真分析,优化标定参数,减小标定误差;最终搭建了实验装置评估该标定方法的性能,实验结果表明,激光跟踪干涉系统的基点距离平均值为290.0764 mm,标准差为4.4μm,满足对工业机器人标定的精度需求;为验证该方法的准确性,对API radian激光跟踪仪的基点距离进行比对测试,与其标称值相差3μm。

基于模数混合控制方法的633 nm碘稳频激光器

为满足数字计量时代对长度计量基准器智能化、数字化及高稳定性的需求,报道了一种基于模数混合控制方法的633 nm碘稳频He-Ne激光器,解决了当前基于数字控制系统的碘稳频激光器精度受限、价格昂贵和频率稳定度较低及基于模拟控制系统的碘稳频激光器智能化和数字化水平不足等问题。该系统使用主流微控制器作为控制核心,结合主要由模拟电路构成的调制、解调和比例-积分-微分(PID)锁定部分,实现了633 nm碘稳频He-Ne激光器饱和吸收峰的自动识别和锁定以及碘吸收室高精度控温等功能。实验结果显示,该激光器不仅具备基于数字控制系统的激光器的智能化程度高的优点,可自动识别并锁定设定吸收峰,而且兼具基于模拟控制系统的激光器的精度高的优点,1 s频率稳定度达到1.4×10^(-11),10~3 s稳定度达到3.1×10^(-13)。

波片阵列对准误差对激光干涉非线性误差的影响

提出了一种基于四象限探测器和波片阵列的集成式干涉信号探测系统。波片阵列的对准误差是激光干涉测量非线性误差的主要来源之一。首先分析了波片阵列对准误差对测量结果的影响机理,然后利用琼斯矩阵建立了波片阵列对准误差引入的非线性误差模型,并搭建实验系统进行验证和研究。实验结果表明,波片阵列引入的非线性误差会随着对准误差的增大而增大,在-20°~20°范围内,四分之一波片引入的非线性误差在0~13nm之间,二分之一波片引入的非线性误差在0~2.4nm之间。研究结果对单频激光干涉测量系统的集成化及非线性误差的分析和消除具有重要的参考价值。