纳米表面相互作用及振动测头模型

如何实现高精度的测量是现代制造业及微电子技术领域的热点问题之一. 基于微纳米测头的三坐标测量机是当前实现高精度测量的重要手段. 随着测量尺寸的减小, 常用的纳米/微纳尺度的测头与待测表面之间形成静态接触, 其表面相互作用成为了影响其测量精度和可靠性的关键因素之一. 本文基于一种触发式振动测头, 研究了其动力学模型, 并通过对测头纳米尺度表面相互作用的理论分析及数值模拟, 确立了测头振动参数与表面相互作用之间的关联. 实验研究表明, 参数优化后的谐振微纳测头能有效抑制表面作用带来的干扰, 提高测量精度.     

单目显微视觉测头动态测量技术的研究

为了解决现有坐标测量机中的单目显微视觉测头视场小和景深小的缺点,提出了显微视觉测头的动态测量方法。建立了运动模糊图像的复原模型以及序列图像的全景组合模型,并提出了测量系统的自标定方法,标定重复性精度优于0.5nm。实验证明:该系统在以6mm/s的速度扫描测量时,测量重复性精度可达到5μm。     

基于白光频域干涉的大台阶高度测量方法

基于白光频域干涉的基本原理,提出了一种可实现高分辨率和大台阶高度测量的方法,利用该方法进行台阶高度测量时,其测量范围取决于所用干涉光源的中心波长和光谱仪的分辨率,可达mm量级。在原理验证性实验中,利用该方法已经实现了最大高度为298.57 m的台阶高度测量,多次重复测量的标准偏差不超过0.03 m,最大均方根误差为0.94 m,实验测量结果与台阶高度真实值具有很好的一致性。     

基于白光频域干涉的大台阶高度测量方法

基于白光频域干涉的基本原理,提出了一种可实现高分辨率和大台阶高度测量的方法,利用该方法进行台阶高度测量时,其测量范围取决于所用干涉光源的中心波长和光谱仪的分辨率,可达mm量级。在原理验证性实验中,利用该方法已经实现了最大高度为298.57μm的台阶高度测量,多次重复测量的标准偏差不超过0.03μm,最大均方根误差为0.94μm,实验测量结果与台阶高度真实值具有很好的一致性。     

宽带高效聚焦的片上集成纳米透镜

在光学材料与器件中,由于不同波长的光会以不同速度传播,因此一束复色光经过单个光学器件后会产生色散,导致普通透镜不同波长的光无法合焦.传统的聚焦系统可通过叠加多个透镜解决这一问题,但这是以增加系统的复杂度、质量和成本为代价,不适用于高集成度的纳米光学系统.目前比较好的解决方法是平面超透镜,即利用超表面对各点的振幅、相位、偏振等进行空间调控,达到合焦的目的,但这种平面超透镜难以直接片上集成.本文将有限元法与遗传算法相组合发展出一种智能算法,优化出一种宽带高效聚焦的片上集成纳米透镜.该透镜尺寸只有2μm×2μm,可实现波长从470 nm至1734 nm的低色散聚焦,能将大小为2μm的激光光束通过透镜与波导的耦合聚焦成200 nm以下的光束,耦合传播效率可达80%以上.同时,该智能算法能够适用于不同的纳米结构,均可获得类似的聚焦效果和高效的耦合传播效率.该工作为宽带高效的纳米透镜提供了重要思路,也为实现高密度集成的纳米光子器件提供了新途径.     

用于反演云层高度的记忆式滑动窗口积分算法

记忆式滑动窗口积分算法选取一定宽度的窗口,从地面开始滑动,对窗口内的信号进行积分,根据积分值和前一时刻的云层信息来反演云层高度。该算法可消除信号中的噪声,叠加放大信号中的云层信息,将云层与气溶胶加以区分。用该算法处理了Vaisala云高仪的数据,并与云高仪的结果进行了对比,结果表明,记忆式滑动窗口积分算法在反演尝云层信息信息时具有较高的准确性和可靠性。     

用于反演云层高度的记忆式滑动窗口积分算法

 记忆式滑动窗口积分算法选取一定宽度的窗口,从地面开始滑动,对窗口内的信号进行积分,根据积分值和前一时刻的云层信息来反演云层高度。该算法可消除信号中的噪声,叠加放大信号中的云层信息,将云层与气溶胶加以区分。用该算法处理了Vaisala云高仪的数据,并与云高仪的结果进行了对比,结果表明,记忆式滑动窗口积分算法在反演尝云层信息信息时具有较高的准确性和可靠性。     

基于分步式压印光刻的激光干涉仪纳米级测量及误差研究

针对在未做隔离保护处理的环境中,基于Michelson干涉原理的激光干涉仪测量系统存在严重的干扰误差,不适合分步式压印光刻纳米级对准测量的要求.采用Edlen公式的分析及计算,不仅在理论上揭示出环境温度、湿度、气压等变化对激光干涉仪测量准确度的影响,而且证明影响测量准确度的最大干扰源是空气流动的结果.通过气流隔离措施和系统测量反馈校正控制器,能够实时补偿激光干涉仪两路信号的相差.最终,测量漂移误差在10 min内由13 nm降低到5 nm以内,满足压印光刻在100 mm行程中达到20 nm定位准确度要求.     

用于校准能见度仪的标准散射体定标系统的校准方法

为了实现对用于校准能见度仪的标准散射体的快速准确定标,通过测量标准散射体不同散射角的散射系数,实现对标准散射体不同散射角所模拟的大气能见度进行准确定标并对定标系统进行校准.根据定标系统的组成与工作原理,确定定标系统的校准方法并建立相应的校准链,并设计校准链的各组成部分的校准方法.通过对已知散射系数的标准散射体进行定标,验证校准后定标系统定标结果的准确性,进而验证了定标系统校准方法的正确性.实验结果证明:定标系统对标准散射体的散射系数定标结果的误差为7.93%;经由定标系统定标的标准散射体所模拟的大气能见度的最大误差为8.61%,满足用于校准能见度仪的标准散射体的使用要求.     

用于测风激光雷达的三通道法布里-珀罗标准具性能分析

研制了用于瑞利散射多普勒激光雷达的三通道法布里-珀罗(Fabry-Pérot)标准具,采用He-Ne激光对其进行检测,利用产生的干涉图案检测了两个边缘通道的厚度差为74.70±2.24 nm,对应频谱间隔为5.05±0.07 GHz;锁定通道与其中一个边缘通道的厚度差为27.16±1.90 nm,对应频谱间隔为1.79±0.07 GHz。数值模拟结果表明:采用脉冲能量350 mJ波长355 nm、重复频率30 Hz的激光器和口径450 mm的望远镜,利用该标准具作为鉴频器,在0~40 km高度,瑞利散射多普勒激光雷达的径向风速测量误差小于2.53 m/s,测量精度比理论设计值2.94 m/s提高了约14.1%。     

基于LabVIEW的静重式力标准机控制系统设计

针对50吨静重式力标准机,设计全自动控制系统。该控制系统主要由工控机(上位机)、伺服控制器(下位机)、伺服执行机构、位置限制开关、力传感器二次仪表以及打印机等组成。其中上位机基于LabVIEW平台进行软件开发,下位机基于安川控制器自带软件MPE720进行软件开发。这种上、下位机的控制方式不仅增加了整个控制系统的可靠性,在软件开发方面还集中LabVIEW图形界面交互友好与利用下位机自带软件直接控制伺服执行机构的优点。该控制系统已经投入使用,整体性能表现良好,尤其是友好的人机交互界面受到操作人员的好评。     

投影光刻机硅片调焦调平测量模型

成像质量是光学光刻机的最主要指标,硅片调焦调平测量是光刻机控制成像质量的基础.为此建立了硅片调焦调平测量系统单个测量点的测量模型,并根据硅片形貌标准和集成电路尺寸标准,推导了近似运算规则,简化了曝光场高度与测量光斑在光电探测器上的位置之间的数学关系.运用最小二乘法和平面拟合曝光场曲面的方法,推导了基于多个测量点的曝光场高度和倾斜测量的数学模型.该模型能满足调焦调平实时测量和控制的需要,可用于测量精度优于10 nm的高精度调焦调平测量系统,能满足线宽小于100 nm投影步进扫描光刻机的需要.     

Spatial Carrier Bi-frequency Fourier Transform Profilometry for the 3-D Shape Measurement of Object with Discontinuous Height Steps

1 IntroductionProjecting a single frequency lfringe pattern upon an Object and observing itsdeformation from a different view angle has been a common method for various threedimensional shape measurement techniques. An autpmatic analysis of the fringepatterns is normally carried out either by the FOurier transform method[IJ or by phasestepping['] of the fringe patterns. HOWever, these techniques have a disadvantage ofprincipal importance, the so-called indetedrinaCy tO a factor Of Zap, or …     

Spatial Carrier Bi-frequency Fourier Transform Profilometry for the 3-D Shape Measurement of Object with Discontinuous Height Steps

The combination of shearing interferometer, Fourier-transform profilometry, phase unwrapping by lookup table method has resulted in a new and more powerful method of measuring surface profile. The technique permits the three-dimensional shape measurement of objects that have discontinuous height steps. Experimental results have demonstrated the validity of the principle.     

伽利略望远镜与柱面镜组合式长焦综合测量系统

为了实现定距离、较大视场范围某低速点的快速方位角及高程测量要求,采用点型光源、伽利略望远镜与柱面镜组合式长焦光学系统及双正交线阵CCD,搭建了一种复合柱面镜长焦光学测量系统.该组合式长焦光学系统无一次成像面,系统光学长度短,系统前组为伽利略型望远镜型式,接近无焦.在一定测量范围内,选择合适的前组角放大倍率和前组口径等参量,使得在不同位置的点所成线像均与双线阵CCD正交.有针对性地优化光学系统设计、选择合适的系统评价函数并对系统装调及测量原理进行准确度分析.结果表明,该系统在测量距离为10m,视场范围1.5°×1.5°内时,方位角测量误差在±2.5″以内,且系统长度较短,公差较宽松.该系统解决了光源合作目标尺寸严格受限的问题,探测器尺寸较大且成本较低.     

利用无人机多源传感器估算马铃薯植株氮含量

快速准确地获取作物的植株氮含量(PNC)信息,是农业精细化管理的关键和数字农业发展的研究热点。近年来,随着无人机和传感器技术的发展,利用多种传感器信息监测作物理化参数逐渐引起国内外学者的关注。以马铃薯为研究对象,首先,基于无人机获取了马铃薯现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期的高光谱影像和数码影像,同时采集各生育期的地面数码影像,并实测了株高(H)、PNC和11个地面控制点(GCPs)的三维空间坐标。其次,利用无人机数码影像结合GCPs生成试验区域的数字表面模型(DSM),分别从无人机数码影像和DSM中提取马铃薯的地面覆盖度(VC_uav)和株高(H_dsm),并利用地面数码影像计算的覆盖度(VC)和实测H验证提取的VC_uav和H_dsm的精度。然后,根据高光谱反射率数据计算绿边参数(GEPs),构造GEPs×H_dsm×VC_uav,GEPs/(1+VC_uav),(GEPs+VC_uav)×H_dsm和GEPs/(1+H_dsm) 4种融合特征参数(FFPs),对高光谱影像信息和数码影像信息进行融合。最后,将各生育期提取的GEPs和构造的FFPs分别与PNC作相关性分析,筛选最优绿边参数（OGEP）和最优融合特征参数(OFFP)构建5个生育期的PNC线性估算模型,并根据相关性较高的GEPs和FFPs利用偏最小二乘(PLSR)和人工神经网络(ANN) 2种回归方法构建PNC的多参数估算模型,结果表明：(1)基于无人机数码影像提取的H_dsm和VC_uav具有较高的精度,可以代替实测H和VC估算作物理化参数。(2)与GEPs相比,前4个生育期,构造的大部分FFPs与PNC的相关性更高,能更好地反映马铃薯的氮营养状况。(3)马铃薯5个生育期,OFFP估算PNC的效果优于OGEP。(4)与单参数模型相比,基于GEPs和FFPs利用PLSR和ANN 2种方法构建的模型精度和稳定性均明显提高,其中,以FFPs为模型因子利用ANN方法构建的模型效果最好。该研究表明融合高光谱绿边参数和高清数码相机传感器提取的株高和覆盖度信息能显著提升PNC的估算精度,可为马铃薯氮营养状况的动态无损监测和多源传感器信息的应用提供参考。     

采用极限学习机的流场积分吸光度快速测量方法

发动机是飞行器动力系统的核心组件,发动机流场的动态监测可以掌握发动机内部流场的燃烧情况,对于飞行器状态监测和性能评估具有重要意义.拥有先进的诊断技术是发展发动机技术的基础,也是研制新型航空航天飞行器的必要条件之一.激光吸收光谱技术可以实现燃烧场气体参数的测量,在发动机严苛的流场环境中,吸收光谱波长调制技术(WMS)可以...     

用同步辐射源建立紫外及真空紫外光谱区光谱辐射度基准的研究

叙述了中国科学技术大学国家同步辐射实验室800 MeV电子储存环同步辐射的特性及作为光谱辐射亮度基准的原理和方法,精确计算出同步辐射光源光谱功率空间分布,并在计量学上将同步辐射“经典”理论与标定氘灯光谱辐射亮度结合起来,对“同步辐射作为标准源进行光谱辐射功率计量”进行深入的研究。介绍了国家同步辐射实验室计量光束线站的装置,该装置利用同步辐射波长范围宽、亮度高、辐射特性可精确计算等特点,可用于标定传递标准氘灯的光谱辐射亮度(115~350 nm),并进行了不确定度分析。并与德国技术物理研究院(PTB)标定的氘灯光谱辐射亮度进行比较,两者符合。     

Measurement of Solid-gas Two-phase Flow using Optical Fiber Sensor

ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＳｏｌｉｄ┐ｇａｓＴｗｏ┐ｐｈａｓｅＦｌｏｗｕｓｉｎｇＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＳｅｎｓｏｒＦＡＮＨｕａＣＨＥＮＹｕａｎｄｉＴＡＮＹｕｓｈａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬａｓｅｒ＆ＩｎｆｒａｒｅｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＸｉ...     

一种新型温度自补偿高灵敏度折射率计

基于高频CO2激光脉冲写入的新型超长周期光纤光栅(ULPFG),提出了一种可实现温度自补偿的新型高灵敏度折射率计。理论与实验表明,新型超长周期光纤光栅不同闪耀阶次谐振峰对外界折射率与温度变化的灵敏度各自不同,特别的是,该光栅存在对外界折变不敏感的谐振峰,测量中除了可以利用该峰实现温度同时测量外,还可以补偿另一个测量折变的谐振峰因温度变化带来的测量误差。该折射率计具有制作简单、成本低、强度好,灵敏度高等优点,当外界折射率在1.43~1.45范围内变化时,其折射率测量灵敏度可达每单位折射率240 nm,在实际工业应用中具有较大的潜在实用价值。