Attocube激光干涉多轴测量原理 基于IDS3010
如何利用IDS激光干涉仪实现纳米定位闭环控制 参数配置与性能评价
attocube的闭环定位器自身带有传感器用于位置控制。然而，此类集成传感器可能无法满足前沿纳米定位应用对分辨率和重复性的要求。针对此类需求，attocube激光干涉纳米位移传感器（IDS）可提供目标点的非接触式超精密位置测量。通过IDS/AMC闭环功能将IDS作为外部传感器集成到系统内，可实现更高层级的闭环定位性能。本文将介绍不同参数配置及其对闭环定位性能的影响。
参数设置
为获得最佳闭环定位性能，合理选择参数至关重要。我们需在校准过程中权衡最高定位性能与控制环路稳定性，以适应具体应用配置。以下章节解释各参数的作用，为优化设置提供指导。
图1：ECSx3030定位器从0至500 μm的闭环控制（AMC/IDS），不同灵敏度设置对速度的影响。右侧图表展示灵敏度对速度的影响（1≤s≤5：右上，6≤s≤10：右下）。
灵敏度（AMC）
灵敏度（s）影响定位器向目标位置移动的速度。该参数取值范围为1至10的整数，1代表最快速度，10代表最慢速度。定位器初始阶段以最快速度接近目标，随后根据灵敏度设置逐步减速。
过于快速的接近可能导致超调和系统不稳定。为避免超调，可提高灵敏度值，但会导致接近时间增加。为验证此效应，我们对某线性定位器（示例：相对移动500μm）进行不同灵敏度设置的测试。
图1显示灵敏度≤5时，接近时间显著增加（下图）。
图2展示灵敏度对正交堆叠线性定位器（ECSxy3030）的同步控制的影响（下图）。
该测试中，仅下层定位器（x轴）灵敏度变化，上层（y轴）灵敏度固定为1（上图）和5（下图）。当y轴灵敏度设为1时，x轴定位器即使提高灵敏度仍可能因串扰导致控制不稳定；而y轴灵敏度设为5时（下图），x轴运动无超调且位置抖动极小。因此这里堆叠定位器的最佳灵敏度应设为相同值，默认设置为5。
运动控制阈值（AMC）
运动控制阈值（MCT）定义了目标位置周围的不敏感控制范围。在此范围内，闭环定位控制可能无法生效；若超出范围，系统将发生位置变化。
MCT最小可设为1 pm。若实验装置机械稳定性不足或环境存在扰动，建议增大该范围，否则控制环路将尝试对微小扰动进行补偿，反而增加位置抖动。
然而，增大MCT会降低定位精度与重复性，需在机械稳定性与定位性能间权衡。图3展示ECSx5050定位器移动500μm后通过AMC/IDS闭环保持位置时，MCT设置对位置抖动和精度的影响。
结果显示，低MCT设置（上图左）导致位置抖动达±5 nm（σ)）。增大MCT可抑制振动至亚纳米级（下图），但因不敏感控制范围扩大，定位重复性下降。MCT默认设置为6 nm（=6000 pm）。
图2：ECSxy3030堆叠定位器的AMC/IDS闭环控制,不同灵敏度设置对X轴的影响（y轴灵敏度固定为1或5）。
图3：ECSx5050在不同MCT设置下的闭环控制（虚线表示MCT对应的不敏感控制范围）。
图4：不同平均N设置下ECSx5050从0到500μm的闭环运动（s=5，MCT=1 nm）。
图5：平均N设置对位置抖动的影响（图4局部放大，黑线为±5 nm目标限值）。
平均N滤波器（IDS）
IDS3010通过高速串行接口（HSSL）以250 kHz带宽向AMC提供位移测量信号，用于闭环控制。若目标振动强烈，控制环路可能试图补偿此类振动，导致位置抖动加剧。
IDS内置有限脉冲响应（FIR）低通滤波器，通过setAverageN函数调节22。增大该参数可衰减高频信号分量，从而稳定控制环路。
图4展示ECSx5050在不同平均N设置下的闭环运动轨迹（s=5，MCT=1 nm）。
图5为局部放大以突显位置抖动变化。结果显示，平均N增至14（3 dB截止频率160 Hz）以上时，信号衰减过大致使AMC无法有效控制。建议平均N设为10（2.5 kHz）至14（160 Hz），默认值为10。
结论
本文详细解析了AMC/IDS闭环系统的关键参数设置，包括灵敏度、运动控制阈值和平均N滤波器，及其对定位速度、稳定性和精度的影响。通过合理优化参数，用户可在复杂实验条件下实现高精度纳米级定位。
IDS3010 multi-axis laser interferometer
皮米激光测距干涉仪
该设备凭借超高测量精度脱颖而出，实现了 10 ppb 的真空波长精度与波长稳定性。其核心采用了 DFB激光器 结合 高精度参考气室 的独特技术方案，不仅保证了测量的准确性，更赋予了设备长达 10年 的使用寿命和极低的维护需求。
在设计上，它采用紧凑且模块化的架构，支持灵活的三轴测量，传感器探头直径更是小至 Ø 1.2 mm，能够轻松应对各种受限空间。此外，该设备具备极强的环境适应性，可在真空、超低温及强磁场等极端条件下稳定工作。
凭借其卓越性能，该产品被广泛应用于半导体测量与控制、精密光学测量、航空航天以及同步辐射大科学装置等前沿科技领域。