用于纳米三坐标机的非接触式触发探头的研制

在进行微米级测量时,纳米三坐标机常用的接触式探头会损伤软的或脆的待测品。该文研制了一种用蓝光DVD读取头作为传感器的非接触式触发探头。该探头的测量原理是当待测样品位于探头聚焦面时,聚焦误差信号返回值为零。将该探头安装于三维纳米平台上实验,结果显示触发分辨率达1nm,标准差约12nm。     

基于DVD光学读取头的大量程高精度扫描探头

DVD光学读取头已被改装成微纳米扫描探头,但是已有改装方案都存在感测精度与感测范围不能同时兼顾的不足.文章研究发现,DVD光学读取头聚焦透镜的数值孔径(NA)值对扫描探头的感测范围有显著影响;去掉DVD光学读取头中的音圈电机,避免其迟滞特性的影响,可获得较高的精度;更换数值孔径值为0.16的聚焦透镜可增大线性感测范围....     

压电陶瓷微位移的光干涉测量与控制系统

针对压电陶瓷的微位移检测,引入了基于多次反射的光路放大装置,有效提高了迈克尔逊干涉测量的分辨率。理论上分析了放大倍数、入射角和动镜定镜夹角的关系,并对光路的光学放大特性进行了仿真验证。同时搭建高精度光干涉位移测量系统,实现了压电陶瓷以22.6nm为步长的驱动与检测。该装置结构简单、易于控制,可应用于光学滤波系统的精确调谐。     

数字全息三维轮廓生成方法的研究

依据数字全息的光场分布公式，对数字全息三维轮廓生成的原理进行理论分析，推导出了不同的数字全息轮廓生成方法的分辨率公式，并进行计算机模拟验证．该方法克服了光学全息三维轮廓生成的困难，并且可以直接得到数值化的结果，是一种对微小物体三维形貌进行快速、高精度测量的方法．     

高精度电容测微仪关键技术

针对非接触式电容测微技术的应用问题,介绍了非接触式高精度电容测微仪的基本工作原理及关键技术,给出了仪器的主要结构,对仪器电路进行了模块化设计,研究分析了实际测量过程中不可避免的各种误差,并提出了相应的消除或修正方法.研究结果表明,探头的有效直径为1mm时,仪器的分辨率可达1nm,测量范围为±5μm.探头的有效直径为9mm时,分辨率可降到0.1μm,测量范围可扩大到±1mm,动态频响0～4kHz.     

高精度表面轮廓仪测量探头的设计

用于机械加工中表面粗糙度测量和半导体工业生产过程中对掩膜、外延层等厚度及轮廓形状检测的高精度表面轮廓仪,它们的测量分辨率最高可达1nm,测量力小于或等于(1～0.5)mN,并且测量十分稳定可靠.其中构成仪器的接触式测量探头是实现和保证这些性能的核心部分.为此,笔者结合自己的设计实践,就其主要技术设计问题进行了分析.     

柔性自动化微装配的自主式显微视觉技术

针对非硅微机电系统自动化、柔性、高精度、高效的装配特点,提出并实现了一种基于金属氧化物半导体(CMOS)、现场可编程门阵列(FPGA)及数字信号处理器(DSP)的显微视觉系统设计方法. 该方法兼顾了模块化、柔性与可重配置、高检测精度及速度等系统主要指标,实现了结构模块化、功能可重配置、具有非常高的检测精度及速度的显微视觉系统. 通过实验分析了系统的物理分辨率以及对测量精度进行了标定,验证了系统的设计技术指标. 结果表明:系统对非硅MEMS器件的最高测量精度可达0.6 μm,检测时间小于0.65 s,不仅满足了现有微小型零件柔性自动化装配的要求,同时也为微小型零件的高精度、高速度检测提供了重要的解决方法.      

正弦相位调制型光纤传感器的一种解调方案

正弦相位调制型光纤传感器以正弦相位调制的全光纤光路,采用电子电路解调方案实现了实时相位解调,该光纤传感器测量微小位移分辨率达nm量级,工作频率范围为0.1～300Hz,不但可测微小位移及振动,也具有对瞬态位移进行检测的独特性能.文中阐述了此光纤传感器的工作原理及实验结果。     

运用宽带腔增强技术测量NO2的研究

运用宽带腔增强技术对NO2开展测量,采用中心波长为460 nm的高功率的蓝光LED作为光源,测量了在455~465nm波段范围内的NO2的光学吸收。利用氮气和氦气之间的瑞利闪射截面差异较大的原理,对腔镜的反射率进行标定,在455~465 nm波段的镜片反射率都在99.99%以上,在455.2 nm点的最高反射率达到99.990 8%。在腔镜之间的有效腔长为92cm,积分时间为30 s的条件下,测量了含NO2气体光学吸收的光谱。采用DOASIS软件进行了浓度反演,反演的得到的NO2的浓度为(21.25±1.7)ppb,不确定性在8%左右,标准曲线结果为y=1.001x+0.271,证明该方法测量NO2比较可靠。     

DVD聚焦伺服控制器仿真设计

DVD伺服系统要求高精度和快速响应,聚焦伺服是整个DVD系统正常运行的基础。为了提高DVD聚焦伺服系统的控制精度和响应速度需要加入控制器,提出了一种新的校正算法。因此需要对其进行仿真研究,以便在实施硬件解决方案前检验控制算法、比较控制方案。分析了DVD聚焦特性要求,采用了滞后-超前校正算法,通过Matlab仿真达到了控制要求。     

基于CCD的实时成像与微小尺寸测量系统的设计

设计了一种基于CCD的实时成像与微小尺寸测量系统,该系统由CCD摄像头、视频解码芯片、FPGA、USB芯片和上位机组成.用FPGA控制视频解码芯片获取CCD摄像头采集的光学信号,通过USB传给上位机,利用多线程技术实现控制命令的发送、图像数据的接收、处理和显示,以及微小尺寸的测量.结果表明:经过多次测量实验得到系统误差不超过3μm,满足测量精度要求;通过选用不同分辨率的CCD,可以实现不同精度的微小尺寸测量.此外还对双棱镜干涉实验所形成的干涉条纹间距进行了测量,验证了系统的功能.     

渤海大学大型仪器简介

正三维非接触式表面形貌仪仪器中文名:三维非接触式表面形貌仪仪器英文名:3D Non Contact Metrology型号:ST400制造商:美国NANOVEA公司产地:美国主要技术指标:300μm的光学测量探头:1.Z方向最小分辨率:12nm2.Z方向最大测量范围:300μm3.工作距离:11mm     

高精度光学糖浓度测量技术研究

为了解决在生产过程中实时在线自动检测的问题,克服现有测量手段没有温度补偿的缺点,提出了一种用于糖浓度高精度检测的光学测量方法。以H e-N e激光器作为光源,利用一个具有倾斜界面的参考水槽和正三棱镜的测量装置,以位置敏感器件(PSD)为光信号的探测器,实现了光学和电学的双差动测量。糖浓度的变化引起光线的偏移,光线偏移量被PSD接收后由电路处理。进行了实验测试和仿真分析。结果表明,在较大的糖浓度测量范围内(0~35%),得到了±0.1%的测量重复性和1-0 5数量级的测量分辨率,而且具有结构简单、成本低、使用方便等特点。     

基于CCD检测微机控制的光干涉微位移自动化测量新方法

光干涉法可以测量物体的微小位移，提高测量微小位移的分辨率及对移动方向的自动判断，具有工程应用的实际价值。论文首次提出电荷耦合器件（CCD）采样并与计算机结合实现对物体微位移的细分及辨向，给出原理图、程序流程图、计算机检测方法及技术指标。     

微型光学陀螺仪中声表面波声光移频器的研究

微型光学陀螺仪是基于Ｓａｇｎａｃ效应,采用先进的集成光学技术研制的新型光学陀螺仪。研制微型光学陀螺仪的关键在于用频率调制来实现频率伺服,对主要误差进行有效抑制,实现高精度Ｓａｇｎａｃ频差测量。声表面波声光移频器正是解决上述技术关键的一个集成光学核心器件。针对微型光学陀螺仪对声表面波声光移频器所提出的衍射效率为３％～５％,频移范围±３００ｋＨｚ,短期频率稳定度优于１０－８这些特殊要求,依据声光理论进行了分析与特殊设计。采用平面集成光学工艺,在Ｋ８玻璃基片上研制出声表面波声光移频器。实验结果表明,该器件已初步满足设计要求。     

基于提高MEMS器件光取出率的环形光子晶体结构设计

光子晶体在通信、激光以及光子集成等方面有着广泛的应用前景。然而,由于传统圆形光子晶体微腔是一种形成偏振的结构,不能高效兼顾TE和TM电磁波,使其应用受到了限制。微机电系统MEMS由于其微小尺寸的限制,较难提高涉及到光学器件的光取出率。因此我们将光子晶体和光学微机电系统器件相结合,运用FDTD的方法,设计了一种无偏振环形光子晶体的结构,能够兼顾TE和TM电磁波,提高器件光取出率。经过结构优化,当环形光子晶体的周期在a=560 nm、内半径r=249 nm、外半径R=271 nm以及厚度d=410 nm时,发现在波长1 310 nm处存在光子禁带。成功实现了光子晶体表面在低损通信信道的共振,从理论上扩展了光学MEMS器件的应用范围。     

氧浓度对MS法制备的ZnO:Sb薄膜的光学性能影响

在玻璃衬底上以Zn-Sb合金靶为靶材,采用射频反应磁控溅射法制备出具有良好C轴取向的ZnO:Sb薄膜.用X射线衍射仪、分光光度计和荧光发光光度计等测试手段分析了Sb掺杂ZnO薄膜的晶体结构和光学性质.薄膜在N2气中550 ℃退火后的X射线衍射谱表明: Sb掺杂ZnO薄膜主要沿ZnO的(002)方向生长,没有检测到其它杂质相的生成.退火前,薄膜的光学带隙随氧浓度的增大而增大,退火后薄膜光学带隙减少.薄膜的室温光致发光谱中有较强的蓝光发射峰,并对蓝光的发射机理作了分析:蓝光(487 nm左右)的发射与锌填隙(Zni)和锌空位(VZn)缺陷能级有关,还与Sb3+离子提供了相应的蓝光中心有关;蓝光峰(436 nm左右)的发射与锌填隙缺陷能级和氧空位(VO)形成的浅施主能级有关,这些蓝光峰的出现对于开发出单色蓝光发光器件有重要意义.     

基于三维光电传感器的接触式探头优化设计

文章设计了一种适用于微纳米三坐标测量机(coordinate measuring machine,CMM)的光学接触式探头,介绍了该探头的结构和原理,并建立了探头的灵敏度模型;依据三维方向等刚度和等灵敏度的原则,得出了探头结构的最优参数;对探头刚度进行仿真验证,并对探头在三维方向上的灵敏度和重复性进行了测试。实验结果表明,探头在三维方向灵敏度约为0.26 V/μm,灵敏度近似相等且线性度良好,重复性优于14 nm。     

SPML方法在内毛刺超声检测中的应用

针对残留的焊管内毛刺影响缺陷判别这一问题,对焊管内毛刺的超声检测进行了相关研究。采用分裂式完全匹配层方法(SPML)截断计算区域,经过数值计算取得了理想的边界吸收效果;通过数值计算分析了聚焦探头在检测内毛刺时的分辨率。结果表明,在焊管内毛刺的检测中线聚焦探头比普通探头具有更高的分辨率,提高了内毛刺检测的精度。     

基于相位梯度自动聚焦的机载雷达成像试验

针对缺乏高精度机载运动测量系统情况下获得的某国产机载L波段合成孔径雷达(L-SAR)系统原始信号数据,采用完全数据驱动的基于相位梯度自动聚焦矫正信号相位的方法进行重聚焦成像处理试验.对点目标场景和分布目标场景的机载L-SAR信号数据成像处理试验表明:该成像方法能够有效地估计和补偿相位误差,从而获得方位向分辨率显著提高的机载L-SAR图像,是一种可以满足仅靠数据驱动实现高精度机载L-SAR成像处理的有效方法.