基于DSP的激光外差干涉纳米测量信号处理系统的研制

摘要

随着科学技术的不断发展、工业加工对计量技术的要求进一步提高,各种激光测量技术广泛应用于高精度测量,其中激光外差干涉由于其可测量范围大、精度高、应用范围广及可溯源性,而得到广泛的认可,世界各国均投入大量的人力物力进行实际应用研究。本论文依托于国家自然科学基金(编号90923026),设计了基于数字信号处理器(DSP)的激光外差干涉测量信号处理系统,实现了高精度的位移测量。
　　 论文在叙述了激光外差干涉测量原理的基础上,对激光外差干涉测量信号的处理方法进行详细的研究和分析后,提出了基于DSP的激光外差干涉测量信号处理方法,可实现高精度的纳米位移测量,完成了信号处理系统的硬件设计和软件设计,并调试运行成功。硬件设计主要包括信号预处理电路和与DSP连接电路等,软件设计主要包括DSP信号采集、处理和与上位机通讯等各模块的设计,上位机软件采用Visual basic语言设计。
　　 为验证所设计系统的可行性,分别进行了相位差测量实验、系统稳定性实验和纳米位移测量实验。相位差测量实验在0°-360°范围内以5°间隔递增进行检测,测量结果表明标准偏差为0.041°、线性拟合相关系数为0.99989。位移测量实验分别以5nm、10nm、20nm、30nm、50nm为步长进行位移测量,实验结果表明标准偏差在2nm～3nm之间、线性拟合相关系数达到0.999以上,上述实验结果表明所设计的信号处理系统可以实现高精度的位移测量、具有较高的可靠性和实用性。