基于相位调制的激光干涉位移测量系统关键技术研究

摘要

激光干涉仪将光学精密测试原理与电子技术相结合，可实现快速、高精度测量，广泛应运用于精密制造、测试计量领域。目前激光干涉仪普遍可以实现纳米精度，但由于干涉测量容易受到环境条件干扰，且在纳米测量中需进一步提高信号质量与信号处理方法，故目前激光干涉仪结合电子技术不断提出新原理、新结构，力求干涉系统的可靠性与微型化，提高干涉仪的实际应用性能。　　论文在分析现有典型激光干涉仪原理的基础上，根据偏振光迈克尔逊干涉仪的基本结构，研究了基于相位调制的激光干涉测量方法，该方法通过单路调制干涉信号即可实现高倍细分与辨向，从信号处理的角度在一定程度上减少了多路信号处理的部分误差，结构简单，可实现高精度测量。　　论文分析了相位调制激光干涉位移测量系统的结构和组成部分，包括光路部分和信号处理部分。信号处理部分包括PZT驱动、光电信号转换和信号解调部分。光路部分基于偏振光干涉测量系统，PZT对其中一路光束进行周期光程调制，获得相位周期调制信号，信号通过光电转换电路实现对光强信号的光电转换及放大处理。然后将信号送入计算机，对得到的相位调制信号进行解调，用LabVIEW软件实现信号的位移测量。　　最后对本系统进行了搭建和调试，对系统的测量结果与Renishaw公司XL-80激光干涉仪作了对比，证明了系统的有效性。本设计提出的相位调制激光干涉位移测量系统既保留了传统激光干涉仪的简便结构，还在很大程度上提高了系统测量灵敏度和测量精度。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 激光干涉测量技术的发展现状及研究意义

1．2．1 单频激光干涉测量技术

1．2．2 双频激光干涉测量技术

1．3 论文的工作目标

2 测量系统设计

2．1 系统架构

2．2 光路设计

2．2．1 光路结构设计

2．2．2 相位调制技术

2．2．3 基于偏振原理的干涉系统

2．3 琼斯矩阵光路分析法

2．4 干涉光路光学器件的选取

2．4．1 光源的选取

2．4．2 光学元件的选取

2．5 实验光路的调试

2．5．1 光学零件调整架的选择

2．5．2 光路的调试

2．6 本章小结

3 信号处理系统设计

3．1 压电陶瓷驱动

3．1．1 信号发生器的选取

3．1．2 压电陶瓷驱动器(PZT)的选取

3．1．3 压电陶瓷驱动器(PZT)的性能测试

3．1．4 信号发生部分的参数设置

3．2 信号解调部分

3．2．1 激光干涉测量系统电路设计

3．2．2 激光干涉测量系统软件设计

3．3 本章小结

4 系统性能分析

4．1 环境误差

4．1．1 日光灯引起的噪声误差

4．1．2 机械振动及空气扰动引起的误差

4．1．3 温度变化引起的误差

4．2 光学误差

4．3 电路误差

4．4 实验比对

4．5 本章小结

5 总结和展望

5．1 本论文主要工作总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文