压电叠堆在正弦电压激励下振动位移特性的研究

利用激光干涉仪对空载压电叠堆在正弦电压激励下的振动位移进行了测量,通过它的幅频曲线,初步研究了压电叠堆的振动位移特性及其影响因素.     

基于ACPT技术的纳米振动测量激光干涉仪

为实现高精度、高稳定的微小振动测量,设计了一种改进型迈克尔逊干涉仪,对其所采用的光学结构和解调算法进行了分析.信号解调方案基于载波调制和交流相位跟踪（ACPT）技术,相对应的光路采用双压电陶瓷（PZT）和准平面猫眼动镜以构成参考臂和测量臂,设计以改善信噪比、抑制低频干扰、增强系统稳定性、提高测量分辨力为目标.建立了纳米振动发生装置,搭建了振动信号测量系统,研究了激光干涉仪对振动信号的输出特性.实验结果表明,测量动态范围达到120 dB,信噪比高于40 dB,系统分辨力达到0.25 nm.该干涉仪可有效抑制诸如温度、湿度、压强、低频振动等带来的相位噪声的干扰,满足高精度、稳定、可靠的要求.     

基于LMS算法的移相干涉仪环境振动控制器

环境振动严重影响移相干涉测量的过程。在运用光学外差法测得移相干涉仪环境振动信号的前提下,设计了采用高速DSP芯片的振动控制器,它对电压形式的振动信号进行采样,用自适应LMS算法分析振动信号,同时输出反馈控制信号。反馈控制信号驱动PZT光学移相器对振动引起的光程差(或波前相位)变化进行实时补偿。通过这种闭环控制,系统能够对幅频积小于100waves*Hz的环境振动进行有效补偿,实验中获得了稳定的移相干涉条纹,保证了光学测试的正确性。     

平面光学元件平面度动态干涉拼接测量

开展了基于动态干涉仪的平面光学元件平面度干涉拼接测量,并研究了影响测量和拼接的主要误差。用二级减振的方法来抑制环境中振动的影响;根据允许的变化条纹数来控制二维移动平台导轨精度。建立了以ZYGO公司的DynaFiz干涉仪为子口径采集仪器的干涉拼接系统,开展了单口径平面度测量及拼接实验,完成了200mm×300mm 平面光学元件的平面度测试,并与大口径干涉仪所测试的全口径测量数据进行比对,拼接结果的10次实验均方差为0.001λ(λ=632.8nm)。     

激光干涉仪在纳米测量中的典型应用

激光干涉仪具有测量分辨力高、测量结果可溯源等优点,在纳米测量中的应用日益广泛。介绍纳米测量机和低膨胀材料线膨胀系数测量装置中应用的迈克尔逊型激光干涉仪以及在高准确度位移测量装置中应用的法布里-珀罗型激光干涉仪,并结合这些实例对激光干涉仪光学系统设计、测量环境控制、迈克尔逊干涉仪非线性误差补偿以及法布里-珀罗干涉仪量程扩展等方面的关键问题进行分析和总结。所述原则和方法对实现纳米级测量准确度具有重要意义,可为高准确度激光干涉仪的研制及其在纳米测量中的更广泛应用提供技术参考。     

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0.002Hz）、大振幅（1m（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1m、频率范围0.002Hz~2kHz的加速度幅值和相位的激光绝对法精确测量。     

恒星干涉仪延迟线系统地面随机振动响应分析

研究地面随机微振动对恒星干涉仪关键部件-光学延迟线系统性能的影响。利用美国蓝氏(Lansmont)集团生产的SAVER 3X型三轴振动仪实测地面随机振动信号,以输出的G加速度功率谱密度为激励,运用Workbench有限元分析软件计算该结构系统的随机振动响应;根据抛物镜面节点数据拟合出抛物镜面的Zernike多项式系数、抛物镜刚体平移量和抛物镜面PV和RMS值;将Zernike多项式系数导入光学系统中分析光学延迟线系统光学性能;最后利用ELCOWAT 3000电子自准直仪测量抛物镜刚体平移量,分析实际测量结果和计算理论结果偏差。分析计算结果与实验数据最大偏差7.6%,计算抛物镜面形RMS值为9.6 nm,PV值为46.1 nm,波前差为0.043λ。目前的光学延迟线的地面振动满足光学延迟线系统的稳定性要求。使用动态光学性能标准分析判断微振动对系统光学性能的影响程度,为恒星干涉仪其他子系统优化设计和隔振补偿措施提供参考。     

拉曼光反射镜隔振平台设计及性能测试

为提高原子干涉重力仪拉曼光相位稳定性,降低拉曼光反射镜振动噪声对原子干涉仪测量精度的影响,设计并研制了一种适用于小型化原子干涉重力仪拉曼光反射镜隔振平台。通过COMSOL Multiphysics有限元分析和激光干涉仪测试验证了其隔振性能。根据原子干涉重力仪对噪声控制的要求,对隔振平台在60～200 Hz内的减振效果进行仿真,将仿真结果作为试验的指导,用扫描式激光干涉仪配合标准振动台,对装载到隔振平台上的拉曼光反射镜的振动进行了测试,结果符合仿真结论。     

移相干涉仪环境微扰的外差检测及信号处理

对环境微振动干扰进行补偿可减小移相干涉测量的误差,其中振动量的检测是实现振动补偿的前提。以声光调制器作为光学移频器,在移相式平面干涉仪中组合成外差干涉测振系统,可以实现光程差微小变化(范围为0到1/2波长)的实时检测。在外差信号处理中采用单片RF/IF相位测量芯片直接对两路40MHz模拟信号进行比相,简化了通常使用的数字测相方法,其精确测相的典型非线性值小于1度。用该系统实际测量了周期性振动和地面冲击振动对干涉仪的影响,获得了干涉仪所受微振动的幅度和相位。     

激光干涉仪在数控机床测量方面的应用

激光干涉仪作为数控机床的测量装置是集光学、精密机械、电控技术、数据处理、计算机技术于一体的高技术精密检测装置，采用完全非接触测量方式，实现数控车床在自动化方面的飞跃，在未来必将会有更为广阔的发展前景。当然面对不同的数控机床要采用不同的测量方式，并且对不同的测试结果进行科学的分析，要明确激光干涉仪在数控机床上的测量方式，把握双频激光干涉仪在数控车床检测中的应用，加强对激光干涉仪的使用快捷方式进行分析，最大限度地扩大激光干涉仪在数控机床测量方面的普及。     

1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统研制

针对目前国内激光测振系统价格昂贵、使用不便的问题,采用1 550 nm波段成熟的窄线宽光源和光纤元器件研制了一套低成本的全光纤激光测振系统原理样机。此原理样机光路部分采用马赫?泽德干涉仪结构,搭建了外差式激光干涉光路,参考光被40 MHz的声光调制器调制,与测量光在光电探测器表面发生干涉,产生原始的激光多普勒信号;信号解调部分采用相位解调法对原始激光多普勒信号进行解调,得到振动目标的运动特性,包括位移、速度和加速度信息。采用本单位的振动标准装置对其性能进行了测试,实验结果表明：在10 ~ 2 000 Hz的中低频振动范围内,1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统峰值位移、速度和加速度的测量误差在-0.6% ~ 0.7%内。该系统在中低频段具有较高的测量准确度,且成本相对较低、操作便捷,具有技术借鉴价值。     

一种用于线膨胀系数测量的高稳定性激光干涉系统

介绍了一种可以对材料长度变化进行测量的高稳定性双光程激光干涉系统,由于该干涉系统的测量光路和参考光路具有相似的传播路径,光程差仅由被测试样的长度引起,干涉系统具有较强的抵抗环境温度变化和振动等外界干扰的能力。通过平晶反射膜测量试验,对干涉系统的稳定性进行了验证,结果表明在6. 5 h内测量数据的标准偏差为4. 2 nm。该激光干涉系统可用于材料尺寸变化(如线膨胀系数)的高准确度测量。     

Stabilized phase-shifting fringe analysis by use of current-induced frequency modulation of laser diodes

A closed-loop phase-shifting Fizeau-type interferometer was constructed that uses direct frequency modulation of a laser diode. The interferometer is servo controlled entirely in the phase domain, where optical phases are detected by two-frequency optical heterodyning. A detailed study of stabilization of the interferometer under feedback control was conducted both experimentally and theoretically. The interferometer showed good stability against vibration up to 200 Hz. The stabilization factors obtained experimentally are in good agreement with the theoretical calculations. The phase-shifting experiment was accomplished with high precision as well as with high stability against external disturbances. The profile measurement of a mirror surface was made with a phase-shifting analysis algorithm, and good measurement reproducibility of lambda/60 in the root-mean-square value was obtained for ten measurements within a period of 20 min.     

Stabilization improvements of laser-diode closed-loop heterodyne phase-shifting interferometer for surface profile measurement

To stabilize the phase-shifting Fizeau-type interferometer against environmental disturbances (namely, vibration and temperature variations), the feedback scheme that uses the current-induced frequency modulation of a laser diode (lambda = 633 nm) and the two-frequency optical heterodyne method has been investigated, with particular attention to improvement of the achievable stabilization. It is demonstrated that introduction of the proportional-integral control into the feedback system improves stabilization against the proportional control case; e.g., stabilization is improved 5 times for 100-nm(p-p) vibration at the frequency range at 30 Hz. The surface profile measurement for a sample mirror was conducted with a reproducibility of 6.8 nm in the root mean square under the subwavelength-amplitude vibration at 100 Hz.     

激光干涉法进行正弦力校准研究

采用绝对法进行正弦力校准,动态力由安装在振动台上的质量块产生,力值根据力的定义直接溯源到质量、加速度和时间。为了减少测量不确定度,质量块上的加速度分布必须进行准确测量。文中介绍了采用激光干涉法进行动态力校准的原理和信号处理方法,同时介绍了与德国PTB加速度实验室进行加速度测量的比对情况。结果表明,采用所介绍的正弦力校准方法可以提高校准的准确度。     

共路激光干涉测量系统的研究

激光干涉测量系统在精密测量领域占有重要地位,它对温度变化、大气变化、激光波长变化、机械安装误差和外界振动等比较敏感,影响系统的测量精度和稳定性。针对此情况,该文提出一种新型的激光干涉光路,两光臂呈完全共路结构,使干涉条纹信号具有极强的抗干扰能力;对光路进行抗干扰分析和理论推导;构建位移测量系统,进行系统测试实验和误差分析。实验表明,本系统测量分辨力0.72nm,合成标准不确定度5．2nm（k=2）,运行速度0．56mm／s,量程0．01mm。     

基于微波感知的挠性结构动态响应监测

以大跨度桥梁、高架道路为代表的挠性结构在服役过程中的健康监测备受关注和重视,结构动态响应的测量是实现结构健康监测的重要途径。基于微波感知的新型非接触式振动测量(简称"微波测振")技术与方法,开展挠性结构动态特性监测的应用研究。阐述了微波测振系统的组成及基于单频连续波和调频连续波微波雷达的振动测量基本理论与方法。针对工程实际中挠性结构动态响应监测需求与特点,提出微波测振系统的工作模式选择与参数设置准则。基于搭建的微波测振系统开展了轻轨高架箱梁结构在列车运行激励下的振动响应监测实验研究,分析了不同工况下结构的动态响应特性。结果显示,微波测振技术与方法能够准确测量挠性结构的形变与动态响应,为军民领域挠性结构的健康监测提供了一种新的非接触式振动测量技术与方法。