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  • Vol. 32  期 17， 2024 2024年 32卷 第17期

    • 精密测量与传感

      “光栅干涉测量技术在精密纳米测量领域取得重要进展，专家分析了精度和误差，为系统开发提供参考。”

      李星辉,崔璨

      DOI：10.37188/OPE.20243217.2591
      摘要：光栅干涉测量是一种重要的精密纳米测量技术，具有高分辨率、高抗干扰能力和多自由度扩展的优势，在先进节点光刻机、超精密机床等场景中发挥着至关重要的作用。对比介绍了光栅干涉、激光干涉与时栅测量技术，明确其应用场景和当前性能参数，阐述了光栅干涉测量中的零差和外差两种技术原理，并在此基础上分析了光栅干涉仪的国内外发展动态，包括代表性的设备厂商，和近年来国内外在纳米及亚纳米精度的单、多自由度系统方面的研究开发情况。进一步地，对光栅干涉测量的精度和误差进行了分析与讨论，介绍了误差来源、分类及针对性的补偿方法。最后，对光栅干涉仪的发展现状及未来前景进行了讨论，期望为光栅干涉仪系统的开发和优化提供参考。  
      关键词：精密测量;纳米测量;光栅干涉仪;多自由度;误差补偿   
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      更新时间：2024-10-17
    • “在超精密光刻领域，提出了基于空间交变磁场的平面二维位移测量方法，研制出毫米级尺寸的传感器，实现微米级测量精度，具有重要的理论研究意义和工程应用价值。”

      陈自然,欧阳辉,张桁潇,彭凯,王伟,崔南川

      DOI：10.37188/OPE.20243217.2612
      摘要：针对传统的平面二维位移传感器在超精密光刻、大面积传感器制造中存在的技术瓶颈，提出一种基于空间交变磁场的平面二维位移测量方法。在定尺平面布置均匀等间距的正弦/余弦激励绕组，施加时间正交激励电流，构建空间二维交变磁场，建立空间二维位移和时间基准的映射关系。通过“维度判断+位移解耦”的组合测量模型实现平面二维位移测量，利用动尺维度判断感应绕组阵列输出信号经二值化后的组合逻辑来判断维度；利用动尺两维差动布置的位移感应绕组阵列拾取交变磁场，得到空间位移行波信号，通过比相实现二维位移解耦。通过电磁仿真，对平面二维时栅位移测量模型进行误差分析。研制样机并搭建了实验平台，实验结果表明，传感器在120 mm×120 mm的有效测量范围内，X方向测量误差最大不超过±9.4 µm，Y方向测量误差最大不超过±9.7 µm，两维度位移测量分辨力为0.15 µm。利用毫米级尺寸的激励和感应绕组实现平面二维微米级测量精度，从原理上突破了传统平面二维位移传感器对超精密光刻的制约，降低了传感器加工难度，具有重要的理论研究意义和工程应用价值。  
      关键词：二维位移测量;交变磁场;时栅传感器;组合测量   
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      更新时间：2024-10-17
    • “在白光干涉测量领域，三点反正弦算法有效抑制振动干扰，提高测量精度，为宽频段振动干扰下的测量提供解决方案。”

      刘乾,密乐,黄小津

      DOI：10.37188/OPE.20243217.2625
      摘要：传统白光干涉测量方法对振动干扰非常敏感，振动干扰会引起扫描步长误差，进而降低白光干涉的测量精度。为抑制振动干扰的影响，提出一种三点反正弦的白光干涉测量算法。三点反正弦法将干涉图序列中每相邻三幅分为一组，利用扫描过程中干涉条纹连续移动的特点，从每组干涉图的有效条纹区域计算出相移偏差，进而得到每幅干涉图的实际扫描步长。基于计算的实际扫描步长，构建了非等步长的调制度与相位最小二乘计算方法，并重构表面高度。由于计算步长仅利用三幅干涉图，三点反正弦法频段响应宽，能够探测快变、大幅的扫描步长误差。仿真和实验证实，在振动干扰下三点反正弦法能获得高达0.5%的测量准确性（台阶高度为10 μm），并适合多种类构型表面形貌的测量。理论分析和实验表明，三点反正弦法能够抑制多种形式扫描步长误差的影响，适用于宽频段振动干扰下的白光干涉测量。  
      关键词：表面形貌测量;白光干涉测量;粗糙度;振动   
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      更新时间：2024-10-17
    • “在引水钢岔管水压试验中，采用光频域反射仪和标准单模光纤，实现了高精度、高空间分辨率的应力测量，为结构健康评估提供数据支持。”

      尹国路,马璟铭,姜胜先,王鑫,张元寅,朱涛

      DOI：10.37188/OPE.20243217.2635
      摘要：引水钢岔管的结构尺寸大、焊接工况复杂，且需要长期耐受6 MPa的水压，迫切需要一种分布式、高精度、高空间分辨率的应力测量技术，以便在水压试验中进行全方位的应力测量和结构健康评估。传统的点式应变片只能进行局部应力测量，且测量精度受制于防水措施、贴片工艺、温度变化等因素。为此，提出了一种基于光频域反射仪的引水钢岔管水压试验应力测量方法，采用沿焊缝布设的标准单模光纤作为传感器，测量空间分辨率达到5.8 cm，应力与水压力成线性关系并且沿焊缝存在0.2~0.6 m的周期性变化。月牙肋板焊缝的腰部应力最大，达到196.2 MPa；主锥环缝的应力在300 MPa附近；相贯线焊缝的应力呈180°对称分布，在腰线附近存在352.0 MPa的最大应力，顶部和底部基本不存在应力。  
      关键词：分布式应力测量;光频域反射仪;引水钢岔管;抽水蓄能   
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      更新时间：2024-10-17
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