Multiple wavelength interferometry for distance measurements of moving objects with nanometer uncertainty

干涉测量 光学 测量不确定度 校准 物理 波长 航程(航空) 观测误差 材料科学 数学 量子力学 统计 复合材料
作者
Robert Kuschmierz,Jürgen Czarske,Andreas Fischer
出处
期刊:Measurement Science and Technology [IOP Publishing]
卷期号:25 (8): 085202-085202 被引量:14
标识
DOI:10.1088/0957-0233/25/8/085202
摘要

Optical measurement techniques offer great opportunities in diverse applications, such as lathe monitoring and microfluidics. Doppler-based interferometric techniques enable simultaneous measurement of the lateral velocity and axial distance of a moving object. However, there is a complementarity between the unambiguous axial measurement range and the uncertainty of the distance. Therefore, we present an extended sensor setup, which provides an unambiguous axial measurement range of 1 mm while achieving uncertainties below 100 nm. Measurements at a calibration system are performed. When using a pinhole for emulating a single scattering particle, the tumbling motion of the rotating object is resolved with a distance uncertainty of 50 nm. For measurements at the rough surface, the distance uncertainty amounts to 280 nm due to a lower signal-to-noise ratio. Both experimental results are close to the respective Cramér–Rao bound, which is derived analytically for both surface and single particle measurements.
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