作者单位
摘要
1 国防科学技术大学 机电工程与自动化学院, 湖南 长沙 410073
2 空军航空大学 飞行训练基地, 吉林 长春 130062
针对二维位移测量系统中光栅制作与装配非理想所引起的几何误差, 基于多普勒频移理论和坐标变换方法, 建立了同时包含光栅非正交角与装配角在内的通用几何误差模型, 定量研究了各误差角对系统性能的影响程度, 仿真分析了X与Y方向余弦误差和耦合误差随误差参数的变化规律。结果表明, 光栅制作和装配误差与系统所用衍射级次、衍射次数和光学细分倍数无关, 只与各误差角和被测位移有关。与此同时, 四个误差角都会导致余弦误差的产生, 而耦合误差则主要受光栅非正交角和偏航角的影响。此外, 相同误差角所引起的耦合误差要明显严重于余弦误差, 是系统几何误差的主要构成成分。通过搭建基于二维交叉光栅的平面位移测量系统, 利用10 mm方形运动轨迹实验验证了理论分析与数值仿真的正确性。
几何误差 二维光栅 位移测量 建模分析 geometrical error two-dimensional grating displacement measurement modeling analysis 
红外与激光工程
2016, 45(12): 1217005
作者单位
摘要
国防科学技术大学 机电工程与自动化学院 仪器科学与技术系,长沙 410073
为了实现2维外差干涉位移测量中信号相位的精确同步探测,采用整周期计数与脉冲填充相结合的方法,利用同一时钟基准,对双路信号进行同步检测与并行处理,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列的双路外差干涉信号相位同步测量系统。该系统在100kHz载波频率下测量分辨率可以达到0.18°,双路信号下的相位同步测量误差同样为0.18°。结果表明,该系统实现了整小数相位的精确测量,确保了双路信号相位的实时同步探测,能够满足各种2维外差干涉位移测量系统对相位同步测量的需求。
测量与计量 相位测量 双路同步 脉冲填充 外差干涉 measurement and metrology phase measurement dual-channel synchronization pulse stuffing heterodyne interference 
激光技术
2016, 40(3): 315
Author Affiliations
Abstract
College of Mechatronic Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We present a compact displacement measurement system possessing the capability of nanometer-scale precision. On basis of integrating single grating with 3×3 coupler for phase shift in interference signal, the present scheme features advantages of simple structure, convenient alignment, and insensitivity to air turbulence. Linear comparisons between our system and HP5530 show a residual error less than 81 nm during step motions along a 10 mm round-trip, and a discrepancy less than 15 nm in the case of 200 μm movement. We also demonstrate a measurement stability test in a duration of 300 s, which shows the proposed scheme potentially performs better than HP5530 in terms of long-term stability.
050.1950 Diffraction gratings 060.2430 Fibers, single-mode 060.2920 Homodyning 
Chinese Optics Letters
2015, 13(5): 051301
Author Affiliations
Abstract
College of Mechatronic Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
A symmetrical heterodyne grating interferometer with both a short period and high signal-to-noise ratio is proposed. It possesses good immunity to environmental disturbances and can simultaneously achieve high resolution and stability. The experimental results show that the standard deviation of 24.67 nm can be realized for the long range of 10 mm. The measurement resolution of better than 2 nm is achieved with the theoretical resolution of 12 pm. Additionally, system stability at less than ±1.5 nm is obtained in just over 10 min. The measurement errors, including cosine error, nonlinear error and non-common path error, are discussed as well.
050.1950 Diffraction gratings 120.3180 Interferometry 120.3930 Metrological instrumentation 
Chinese Optics Letters
2015, 13(10): 100501
作者单位
摘要
国防科学技术大学机电工程与自动化学院, 湖南 长沙 410073
飞秒光梳的出现为实现高精度绝对距离测量提供了诸多有效方法,并有望直接应用于激光雷达、卫星编队飞行和空间引力测量等空间探测任务.从未来空间精密测距的精度需求出发,提出在飞行时间法辅助测距的基础上利用光学脉冲互相关分析技术将目标距离测量直接溯源到光梳重复频率的测量方法,建立了飞秒光梳测距基本模型,进行了飞秒脉冲互相关理论分析,并开展了互相关及测距仿真实验.仿真结果表明,在目标距离为10 km 以及重复频率扫描精度0.01 Hz条件下,进行非模糊量程内线性测距的测量精度优于450 nm,测距残余误差的峰谷(PV)值为780 nm,验证了该方法实现亚微米级甚至纳米量级大量程空间精密测距的可行性.
测量 激光测距 飞秒光梳 互相关 重复频率 飞行时间法 
光学学报
2015, 35(4): 0412002

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