介绍了一种自主搭建的测量落体在自由下落过程中旋转角速度的装置,评估了不同落体旋转角速度引入的旋转误差对重力测量的影响。针对具有旋转初速度的落体在真空腔内自由下落的运动模型,该装置采用光杠杆原理,将高精度位置传感器(PSD)作为光跟踪设备,研究并推导出落体由旋转所导致的反射光位移与下落时间的关系。然后,对PSD采集记录的时间位移曲线进行拟合,求解落体单次下落的旋转角速度值。在调整真空腔垂直度后,最大旋转角速度值可减小为16.88 mrad/s,引入的重力测值不确定度为0.57 μGal,即该状态下落体的释放更加平稳。实验表明,该装置不仅可以进一步提升绝对重力仪中落体传动机构的装调精度,还可以对光学干涉绝对重力仪工作过程中的落体姿态进行监测,进一步降低落体旋转所引入的测量不确定度。

基于光电扫描原理的分布式测量网络是一种大尺寸三维坐标测量系统,广泛应用于工业制造和装配领域。但测量网络体系庞大、测量环境复杂,增加了组网定向工作的难度,且任意节点的变动都需要重新进行组网。现有的组网定向方法过于依赖人工介入和主观估计,因此提出了一种基于自主建图、全局定位和自动导航的分布式测量网络自动组网定向方法和标定点位规划策略。实验结果表明,该组网方法在保证测量精度的前提下,提高了组网效率和自动化水平,可实现测量系统自动维护和工业现场自动化。

为满足高精度、大尺寸、高动态的测量需求,提出一种基于光学频率梳方法的绝对测量方案。采用级联相位调制器和强度调制器的电光调制方法生成平坦的光学频率梳,可以实现频率的直接溯源,成本低且易于复现。实现了对数学模型的建立及生成质量的评估,并且将其应用于改进的多波长测距系统中。该系统实现了对传统的多波长测量系统的简化,通过解算出合成波长的相位信息实现了对绝对距离的测量以及对测量过程中噪声和不确定度的分析。

为了保障太赫兹探测器测试的准确度和可信度, 对太赫兹探测器响应度定标溯源技术进行研究, 针对常用太赫兹探测器黑体辐射测试技术存在对环境、设备要求高和搭建难度大等问题, 以中国计量科学研究院的热电型太赫兹探测器作为计量标准, 提出一种校准方案, 设计搭建了一套太赫兹探测器响应度定标系统。为提高定标准确度, 实验测试了定标光学系统的光束质量, 并合理设置光阑孔径以满足定标要求。在0.1 THz频点处对2个响应度未知的场效应自混频太赫兹探测器进行响应度定标。结果表明, 定标的相对扩展不确定度为6.80% (k=2), 验证了定标系统的可行性, 系统可实现太赫兹探测器功率响应度溯源到国家激光功率标准, 保障太赫兹功率测量的准确可靠。

由于从一个彩色图像中可以提取多个条纹,复合条纹投影技术在三维测量领域得到了广泛的研究和应用。为了覆盖所有的光谱范围,投影和成像系统颜色通道间存在着串扰,从而改变了条纹的形状,最终影响三维数据测量的精度。综述了彩色复合条纹投影三维测量系统中颜色通道间串扰的补偿方法。针对彩色条纹投影系统中相机和投影仪颜色通道间的串扰问题,分析了其形成原因。对彩色条纹投影三维测量系统的串扰消除方法进行了分类和总结,并具体比较了各种方法对串扰消除的效果。所综述的方法对选择合适的串扰消除方法、提高彩色复合结构光投影三维测量系统的精度具有重要的应用价值。

亮度式测温仪的校准大多采用人工方式, 人为影响因素较大且校准重复性较低.为了使测温仪在校准时能够准确自动地瞄准温度灯的瞄准点, 采用YG-QP36四象限探测器, 设计出双自由度自动瞄准系统的机械运动结构, 利用步进电机的自锁和双向精确定位特性, 双自由度扫描温度灯的瞄准点.用光纤将电子元器件与高温环境隔离开, 减少温度对电子元器件的影响.在800~1 200℃温度范围内采集测温仪的温度-电压数据, 并用最小二乘支持向量机进行拟合, 测量数据的相对误差小于0.05%, 重构均方差为0.019 6.对光斑圆心到坐标原点的距离与电压进行最小二乘拟合, 光斑直径测量数据表明, 双自由度自动瞄准系统能够提高校准准确度, 减小重复校准误差.

A method for compensating the measuring error of the grating displacement measurement system with absolute zero mark is presented. It divides the full scale range into piece-wise subsections and compares the maximum variation of the measuring errors of two adjacent subsections with the threshold. Whether the specified subsection is divided into smaller subsections is determined by the comparison result. After different compensation parameters and weighted average values of the random errors are obtained, the error compensation algorithm is implemented in the left and right subsections, and the whole measuring error of the grating displacement measurement system is reduced by about 73%. Experimental results show that the method may not only effectively compensate the spike error but also greatly improve the precision of the measuring system.

光学扫描器总是被要求在一定的频率下扫描一定的角度,而检流计式光学扫描器的最高扫描频率和扫描角度两个参量是矛盾的.用受迫振荡的二阶微分方程来描述检流计的动态特性,从理论上分析了检流计式扫描器在正弦波扫描方式下的传递函数,求解可知正弦波驱动函数下的扫描运动还是相同频率正弦波,推导出扫描角度倒数平方可用频率平方的二次函数表示,从实验上测量检流计的扫描频率和扫描角度的关系,从而为寻找高速扫描提出依据.根据理论分析和实验数据的结果,提出适用于小角度扫描的小反射镜设计思想,并进行了实验验证.

基于基尔霍夫定律,利用半导体激光器InGaAs/I及钽酸锂热释电探测器设计了一种实用化的实时测温系统.基于该系统A/D转换器件的分辨率、V(T)-T曲线的温度灵敏度及其与测温范围间的制约关系,确定了系统应选用16位的芯片为其A/D转换器件;基于该系统的测温精度、V(T)-T曲线的相对温度灵敏度及其与波长间的关系,对其工作波长的优化选择进行了进一步的讨论;基于探头的温度分辨力、A/D转换器件的分辨率以及与V(T)-T曲线的温度灵敏度间的制约关系,对其波长带宽的优化设计进行了进一步的分析,并给出了系统在673K～1473K内的测温灵敏度.对系统进行优化设计后,在测温范围的低温段,其灵敏度不低于0.5K;在测温范围的高温段,则不低于0.1K.在673K～1473K内,其测温不确定度不低于0.3%.