基于F-P标准具的微小角度测量方法及实验研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ajianginger
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针对我国微小角度测量技术落后于国外发达国家且溯源性差的问题,本文以法布里-珀罗(Fabry-Pérot,F-P)标准具多光束干涉为基础,采用相对测量原理研究了一种可自校准的微小角度测量新方法。利用F-P标准具出射的标准圆锥光束作为测量光束,根据同心干涉圆环成像特点结合新型的面阵像元信息处理技术实现对微小角度的准确测量。论文研究工作和内容主要包括以下几部分:(1)基于F-P标准具的微小角度测量原理和方法研究。依据多光束干涉特性,利用F-P标准具出射的圆锥角规律已知的标准圆锥光束作为测量光束,根据同心干涉圆环圆心位移量及成像物镜焦距值实现微小角度的准确测量;利用成像同心圆环海量数据,结合新型面阵信息处理技术进行准确有效处理;采用相对测量原理,使用数理统计方法对微小角度测量模型和测量不确定度模型进行了推导。(2)针对圆心位移量的准确测量,提出了一种多弦平均法,用于同心干涉圆环圆心坐标值的计算;同时利用激光相调差动干涉仪进行了圆心位移量的线性度比对实验,获得线性拟合扩展不确定度约为94nm,从而保证微小角度测量不确定度的加和分量小于0.15"。(3)微小角度测量实验与不确定度评定。搭建微小角度测量实验装置,利用焦距值约为75mm的成像物镜和间隔分别约为2mm、3mm、5mm的F-P标准具在300"范围内进行测量实验,并对测量结果进行了不确定度评定。结果表明,3种间隔的F-P标准具均可用于微小角度的测量,其中当标准具间隔约为2mm时待测微小角度α的测量不确定度的加和分量最大,其测量不确定度表达式为U(α)=0.13"+3.3×10-4·|α|。(4)对微小角度测量结果进行了自校准特性研究。依据F-P标准具的光学特性及微小角度测量原理可将微小角度测量结果溯源到F-P标准具的间隔d;研究了基于三波长小数重合法对F-P标准具间隔d进行测定,得到d=(2009.96191±0.00006)μm,相对不确定度的粗估值Uε/k0=9.8×10-7,使得微小角度测量自校准功能得以初步实现。
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