高精度单频激光干涉仪的设计与试验研究

提出了一种光学8倍频的耦合差动式干涉光路,其结构设计简洁紧凑,光路布局对称性好,光程差倍增,符合阿贝原则和结构变形最小原则。对系统精度在理论分析的基础上进行了估算,得出了在10mm范围内干涉仪综合精度的理论值约为±1．8nm。采用与电容测微仪比对的方法对该系统进行检测,利用线性回归的方法对测量结果进行处理。试验结果表明：该干涉测量系统的精度约为14nm。     

纳米级压电微动台的设计研究

提出了一种新颖的“推-拉”接力运动原理,并将其应用于纳米级步距压电微动台的设计中。该原理变传统的单驱动器结构为双驱动器结构,避免了运动过程中的悬空状态,配以适当的四路驱动信号,使压电微动台能够实现连续、平稳的运动。根据使用要求设计了驱动控制系统,通过C8051F单片机产生四路驱动信号,以保证压电微动台在不同频率和电压下进行工作,并实现了整个系统的闭环控制。     

大行程纳米级步进压电微动台的特性研究

运用有限元分析方法,建立纳米级步进压电微动台的实体模型并进行了仿真计算,考察了结构参数对步进型压电微动台性能的影响,得到了压电微动台的固有频率和振型。采用正交实验法设计结构参数,分析了不同因素对压电微动台的固有频率和振动幅值的影响,得到了影响二者之比的4个因素的最优设计参数。根据逐步回归分析的方法建立了结构设计参数的数学模型,从而定量地分析各自变量与一阶固有频率之间的关系。     

可溯源至质量的静电力复现与测量技术

为实现10-5 N以下微小力值的测量及溯源,提出了一种高精度、可溯源至质量的微小力值测量系统,采用受控静电力发生装置复现微小力值,其基本工作原理是基于一种精密设计的圆柱形电容器,电容器内外电极同轴,外电极固定不动作为参考电极,内电极由弹性机构支撑和导向,通过改变内外电极间的电压产生静电力,从而将力学量追溯至电容及电压等电学量,利用砝码质量与静电力平衡的原理,可以实现微小力值的溯源.实验结果表明:电容变化梯度为0.82 pF/mm,完全可以复现10-6～10-9 N范围内的静电力.     

全自动陀螺经纬仪寻北技术研究

分析陀螺经纬仪工作原理,探索实现陀螺经纬仪自动化的关键技术,设计了陀螺仪数字测量单元、陀螺仪灵敏部自动升降单元、粗寻北自动控制单元,经DSP和CPLD的总体控制协调,结合全自动寻北算法方案,完成了一种与精寻北相结合的自动化寻北系统的实验装置,实现光标自动采集、仪器操作的自动化与智能化、寻北结果的计算与显示等功能,测量时间为12min时,寻北精度(1σ)为6.3";测量时间为4min时,寻北精度(1σ)为18.7".     

陀螺灵敏部的精密升降定位控制

设计了基于微型旋转步进电机的陀螺灵敏部精密定位测量控制的结构,采用最优化升降速原则,实时精确定位,实现步进电机的稳态运行控制,并实现陀螺灵敏部下放时精确的位置和速度控制,时间短,效率高,克服了人工下放、托起陀螺房带来的耗时和不稳定性.实验结果表明:应用步进电机自动精确定位可以控制陀螺灵敏部摆幅为53′～139′,陀螺仪实现精密的寻北特性,寻北重复性定位精度达到8″.     

基于DSP的便携陀螺逆变电源设计

设计了一种基于TMS320LF2407A的高性能陀螺逆变电源系统,采用SPWM技术获得了恒压恒频的三相正弦交流电输出,具有集成度高、功耗低的特点,实现了电源的便携、小巧;通过完善的故障检测和处理电路,提高了系统的可靠性;采用陷波滤波和低通滤波相结合的滤波电路,有效减少了输出电压和电流中的开关谐波分量。实验结果表明,电源的电压稳定度小于等于0.28%,频率稳定度小于等于0.05%,满足陀螺仪对电源的各项指标要求。     

陀螺经纬仪快速寻北的算法研究

为了提高陀螺经纬仪的寻北精度并缩短寻北过程,提出了一种基于PC的快速寻北算法系统。利用PC中Visual C 6.0便于访问数据库的特点,开发了一种独特算法——数据库查询法。实验表明,该方法简单,结果可靠,与1/4周期积分法寻北时间相同,精度却由25″提高至8″;与中天法、整周期积分法精度相同,寻北时间却由8分钟缩短为3分钟。该系统还集成了中天法、积分法和欠周期法等多种测量算法,提供了不同精度与寻北速度的选择,满足了不同场合的测量需求。     

二维纳米激光测量系统的研究

介绍了一种新型的纳米级精度的二维激光干涉测量系统．该系统以光学8倍频的耦合差动式干涉光路为基础，在获取大量测量数据的基础上，利用线性回归的方法对测量结果进行处理．系统结构设计简洁紧凑，符合阿贝原则和结构变形最小原则，与普通的迈克尔逊干涉仪相比具有光路布局对称性好，光程差倍增，抗干扰能力强等优点．通过与电容测微仪比对的方法对该系统进行检测．结果表明，该干涉测量系统的精度为10～12nm．     

陀螺经纬仪自动粗寻北系统的设计研究

提出了一种利用电子罗盘实现陀螺经纬仪粗寻北自动化方案。通过分析电子罗盘的原理和影响其精度的因素,对电子罗盘进行了校准。设计了基于DSP的控制电路,根据电子罗盘的输出驱动系统指向粗北方向。实验结果表明：电子罗盘粗寻北系统的精度在±30’以内,完全满足使用要求,粗寻北时间由10-15min减少到1-2min。