光镊力谱系统微球位移的纳米精度测量

广泛用于生物单分子研究的光镊力谱技术,其皮牛级的力学测量性能依赖于光阱刚度和微球位移的精确测量.为实现纳米精度的位移测量能力,在分析背焦平面干涉法测量精度的基础上,提出了基于四象限光电探测器(QPD)和现场可编程门阵列(FPGA)开发板的测量方案,并建立了相应的测量系统.实验采用精密位移台驱动固定微球往复经过光阱,对系统的测量性能进行了标定.结果表明,该方案的探测灵敏度达到12.1 m V/nm,探测精度优于3 nm,探测分辨力小于1 nm,满足生物单分子拉伸力谱测试对微球位移探测的要求.     

液体环境对光镊稳定捕获的影响

具有高精度和高灵敏度的光镊技术在生物领域,特别是生物单分子力谱测量中,有着广泛和重要的应用.对微米量级粒子的稳定捕获是光镊技术开展应用研究的基础.非水环境在生物单分子研究领域越来越受到重视,本文对不同液体环境影响光阱稳定捕获的热力学因素进行研究,结合热力学仿真建立了热梯度力模型,分析了微球在向会聚光束焦点横向运动过程中受到的热梯度力的变化,并与T矩阵理论仿真得到的光阱力空间分布进行比较,总结了液体环境影响热梯度力的关键参数.在异丙醇环境里捕获直径为5μm硅球的实验中,5μm硅球无法进入光阱.针对这一实验现象,结合实验中微球的运动状态,通过分析仿真的光阱力和热梯度力在空间上的分布差异,给出了合理的解释,证明了上述理论的可行性,为评估不同溶液环境里激光热效应对光阱捕获微球的影响提供了分析方法.     

一种消除AFM中悬臂梁横向扭转串扰误差的修正技术

串扰效应始终存在于原子力显微镜(AFM)的测量过程中,并影响其测量精度.在对串扰效应的产生机理进行分析,并建立了悬臂梁形变与光斑位置检测器(PSPD)输出信号之间的数学关系的基础上,提出了一种可消除横向扭转串扰影响的修正方法.在该方法中AFM系统可由输出信号直接获得悬臂梁的实际形变量,进而获得原子间作用力的实际值,并通过保持作用力的恒定对样品进行测量.该方法可有效地将悬臂梁扭转导致的纵向信号的变化从系统测得的纵向信号中剔除出去.仿真结果表明,在恒力接触模式下,串扰效应严重影响测量结果,导致测量误差,且针尖.样品夹角导致的串扰效应比摩擦力导致的串扰效应更严重.为验证本文方法消除串扰效应的效果,在应用该修正方法前后分别对标准梯形样品进行测量.实验对比结果表明,在普通恒力接触模式下的样品表面最大测量误差范围为21.2 nm～32.0 nm;对串扰效应进行修正后,最大测量误差范围降低至5.5 nm～10.2 nm.这表明该方法可有效降低AFM中串扰效应导致的测量误差,提高其测量精度.     

高精度分光光度计测量光谱透过率

由安光所自行设计的高精度分光光度计目的是高精度测量滤光片透过率。该系统特点是基于双光栅单色仪的全自动单光束测量仪器。在出射光路中引入了积分球,用来消除光束的偏振性和不均匀性,而且在信号接收部分提出了将滤光片和探测器作为整体考虑,优点是接近滤光片的实际使用环境,减少了其实际测量误差。着重叙述了该仪器的设计过程和不确定度分析。测量的不确定度源包括光源的稳定性,双单色仪重复性、再现性,光束的均匀性,内反射,探测器线性、稳定性、偏振性、均匀性,系统杂散光。经本仪器测量的滤光片透过率合成不确定度为5.859×10-3,完全满足测量精度要求。     

一种测量薄膜磁性的表面磁光克尔效应装置

介绍表面磁光克尔效应谱（SMOKE）的一种新方案。通过适当分光并测量信号束和参考束的光强比，可以明显改善由于激光的光强不稳造成的误差，还使得随机偏振激光器也能用于SMOKE装置。同时该方案中没有采用信号调制，因此对探测器等硬件要求很低。实验结果表明，采用光强稳定度为5％的普通国产He－Ne随机偏振激光器，其测量灵敏度能够达到目前国际上通常用于超薄膜磁性测量的SMOKE的同类水平。     

光纤水听器时分复用阵列串扰分析

采用高相干窄带光源的光纤水听器时分复用(TDM)阵列中,信号光与其余通道的泄漏光之间不是简单的强度叠加,而是互相干涉。以此为基础,推导了8路TDM阵列中各通道光束相互作用的理论公式,得到了光开关的消光比是决定系统串扰的主要因素,最大串扰值约为消光比的一半的结论。信号解调采用相位载波解调(PGC),由于串扰频率分布广且远高于信号频率,提出了采样前先低通滤波的信号检测方案,该方案可滤除串扰高频成分,大大减小串扰频率混叠对PGC解调的影响。     

光栅位移测量系统的误差自修正方法研究

文中介绍的误差自修正方法是通过光栅位移测量系统中单片机对光栅传感器的多个零位信号进行计数,并根据测量值和系统设定值得到的误差函数自动进行误差修正.实验结果表明,该方法对光栅位移测量系统的误差既可自动进行有效的修正,又可提高系统的测量精度.     

一种测量薄膜磁性的表面磁光克尔效应装置

介绍表面磁光克尔效应谱（ＳＭＯＫＥ）的一种新方案。通过适当分光并测量信号束和参考束的光强比，可以明显改善由于激光的光强不稳造成的误差，还使得随机偏振激光器也能用于ＳＭＯＫＥ装置。同时该方案中没有采用信号调制，因此对探测器等硬件要求很低。实验结果表明，采用光强稳定度为５％的普通国产Ｈｅ－Ｎｅ随机偏振激光器，其测量灵敏度能够达到目前国际上通常用于超薄膜磁性测量的ＳＭＯＫＥ的同类水平。     

近场光镊与AFM探针复合的光阱力分析

本文针对纳米材料的纳米操作,提出了一种复合激光近场光镊与AFM探针进行纳米操作的方法,并基于动量守恒原理,采用三维时域有限差分方法建立了该方案中激光近场对纳米微粒的作用力模型,分析了各轴向光阱力的分布情况,讨论了两探针间距离、针尖材料的电导率、入射平面光场的偏振方向、入射角和波长等参数对近场光阱力的影响.结果表明:位于...     

双CCD数字图像相关测量系统精度影响因素的综合分析

提出的双CCD数字图像相关测量系统具有非接触、高精度、实时操作方便的特点,若将其用于应变测量,灵敏度优于1个微应变.它还可用于位移、新型材料线胀系数等的测量.用实验方法对影响双CCD数字图像相关测量系统精度的几种因素进行分析和研究,从理论上分析和评价记录视场角、投影视场角、离焦对测量结果精度的影响,以及这三种因素的综合影响.文中还给出了材料应变的实验测量结果,表明双CCD数字图像相关测量系统具有较高的测量精度,能应用于位移、应变的实际工程测量.     

激光多普勒效应在爆炸冲击测量中的应用研究

将激光多普勒效应应用于爆炸圆筒实验中,实现了圆筒表面形变过程的动态测量.系统采用了外差式纵向激光多普勒测量结构,利用1/2波片、1/4波片与偏振分光棱镜相结合及外差式参考光结构,有效地提高了多普勒信号的强度与信噪比.在信号处理方面,采用了短时傅里叶的频谱分析方法,提高了系统噪声适应能力和信号处理速度;另外采用了相位差频谱校正技术,实现了频率细化和精度提高.最后给出了在不同爆炸载荷条件下的圆筒实验测量结果.     

SAC-OCDMA系统中AWG的应用及串扰分析

概述了阵列波导光栅的特点及其在谱域幅度编码的光码分多址通信系统中的应用。基于地址码M序列,采用数值计算的方法,分析了阵列波导光栅的串扰对谱域幅度编码的光码分多址通信系统误码率性能的影响。结果表明,当阵列波导光栅的串扰较小时(Rc=-27dB),谱域幅度编码的光码分多址通信系统具有较好的性能;而当其串扰较大时(Rc=-20dB),谱域幅度编码的光码分多址系统的性能明显恶化,成为影响谱域幅度编码光码分多址通信系统性能的一个重要因素。     

分振幅法偏振光斯托克斯参量测量系统

斯托克斯参量可全面描述光束的偏振态.设计了一个分振幅光度式斯托克斯参量测量系统,在分束镜之间加入1/4波片,使光路在同一平面上.用4个性能一致的探测器同时测量4束与斯托克斯参量有关的光束光强,用偏振片和1/4波片组合产生已知的偏振态来定标该系统,通过矩阵计算,实现快速测量光束的斯托克斯参量,从而确定光束的偏振态.实验结果表明,测量装置构建容易,调节方便.斯托克斯参量的四个分量测量实验值与理论值的偏差小于6%.     

可变磁路式永磁悬浮系统刚度特性分析及变刚度控制

针对可变磁路式永磁悬浮系统的悬浮力非线性变化的特点,分析系统的刚度特性,提出变刚度控制方法减小系统对外扰作用的敏感度。基于系统力学模型分析了系统结构和控制参数对悬浮刚度的影响,提出了基于悬浮物位移的变刚度控制方法;根据预设的载荷能力和位移变化量,设计参数的变化范围,使系统刚度按设定控制规律发生变化;进行了系统起浮稳定性与系统对外扰敏感度的仿真与实验分析,并与传统PID控制方法进行对比,仿真与实验结果表明:变刚度控制方法能够保证系统稳定起浮,并使外载荷作用时悬浮物的位移变化量减小50%,极大降低了系统对外扰的敏感度,相对于传统PID控制方法其控制特性有较大幅度提高。     

基于光束法平差单点三坐标测量的新方法

在研究多组像片内方位元素的修正和全局光束法平差的基础上,提出使用3台像机同时对测棒进行数据采集,通过光束法平差实现单点三坐标测量的新方法,并完成系统硬件的组建。通过实验,将新系统测量的结果与计量型三坐标仪测量值进行比较,得到系统的相对测量精度高于129061,优于单、双像机系统,能够满足工业产品的检测需求。     

可控磁路式永磁悬浮系统的串级控制

可控磁路式永磁悬浮系统具有强非线性、控制难度大等特点。根据该永磁悬浮系统的特点,设计了一种由角度环和位置环组成的串级控制器。利用该控制器对永磁悬浮系统进行位移外扰仿真和实验。实验结果表明应用该串级控制器,系统具有良好的鲁棒稳定性,当给系统一较小阶跃外扰时,系统可以在短时间内跟踪输入位移信号,达到新的稳定悬浮状态。     

光纤水听器时分复用检测电路带宽与串扰分析

在光纤水听器时分复用系统中,需要设计高增益,大带宽的信号检测电路.为了减小系统的噪声同时抑制通道问串扰,必须选择合适的电路带宽.本文分析了待检测信号带宽与脉冲形状的关系,以及电路串扰率与电路带宽,脉冲宽度、通道问延时的关系,给出了电路串扰率的解析表达式,得到了电路串扰带来的解调信号误差的表达式,分析表明电路串扰导致的解调信号误差的幅度与电路串扰率成正比,与前一通道施加的声信号的幅度的贝塞尔函数成正比,最后给出了与理论分析相符的实验结果.     

光束偏振的高精度实时检测技术

针对光束的偏振形态,本文设计了一种新型的光束偏振实时检测系统,该系统利用特殊设计的分光片和相位分光镜将被测入射光束分为四路的方法实现了光束偏振状态的实时测量。系统中添加有优化器件可调相位补偿器,用以优化系统仪器矩阵。系统具备优化功能,优化理论和公式被推导和给出。给出了一种理想的仪器矩阵,并实现了该系统,与理想偏差小于0.25%。系统具备优化功能,结构简单,对该系统的偏振检测能力进行了分析和测试,实验结果表明系统测试精度可达97%。     

干涉扫描微位移测量方法及其应用

一、前言微位移测量是精密测试的一个重要课题,如压电陶瓷、磁致伸缩材料变形特性的测量,材料膨胀系数的测试,温度稳定性的测量,变形或振动等引起的位移测量都属于这一范畴。微位移测量量程不大,但需要很高的灵敏度及精度,往往需要分辨几十个埃(A)乃至几个埃的变化。常用的双光束干涉方法由于条纹亮暗无明显的界线,不易读数及精确瞄准,所以不能满足微位移测量的要求。本文介绍一种主要由压电陶瓷驱动的多光束干涉扫描方法。采用这种方法能使精度提高、读数简单和易于数字化。     

同时测量物体五维几何偏差的新方法

详细分析了基于激光全息技术,激光准直技术,激光光束漂移补偿技术和磁光调制补偿技术的综合运行,以单一激光束为基准,同时测量物体五维偏差的基本原理。通过标定和实验测量,在激光光源距测量靶标１ｍ时,该测量系统σ精度为：线位移〈２μｍ角位移〈４″。