基于波分复用的大量程高分辨率光纤位移测量系统

摘要

纳米测量技术是纳米科学技术的一个重要分支,随着科学技术的飞速发展,纳米技术涉及到机械、电子、材料、生物、化学等越来越广泛的领域,对于纳米测量的需求越来越多。并且随着工业技术的需求,如今的纳米测量技术朝着更高的分辨率,更大的测量范围这个方向发展。
　　 本文提出了一个基于波分复用技术的光纤干涉位移测量技术,利用了光纤耦合器、FBG光纤光栅等光学器件构造了一个基于迈克尔逊干涉仪的光纤干涉仪,同时利用波分复用技术引入了合成波长。通过对合成波干涉条纹的解调而使系统的测量范围增大,通过对单波长干涉条纹的解调而提高系统的分辨率,使系统达到大量程测量的同时得到高分辨率。测量系统还引入了反馈系统,通过反馈回路驱动PZT来控制参考臂长度,从而实现对外部环境干扰进行补偿,进一步使得测量系统得到稳定,使测量系统达到更高的精度。
　　 本论文的主要工作包括:(1)搭建了光学测量系统并进行实验,得到了所需要的干涉条纹,证明了此系统的可行性。(2)对测量系统加入了反馈系统从而使测量系统更加稳定,测量精度更高。(3)使用Labview编程实现干涉信号的采集和数据处理,使系统更适用于在线测量。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 引言

1.1 课题提出的背景和意义

1.2 几种纳米测量方法及原理

1.2.1 偏振干涉仪

1.2.2 F-P干涉仪测量法

1.2.3 外差干涉仪

1.2.4 激光光栅干涉仪

1.2.5 光学干涉、X射线干涉及扫描探针显微镜相结合的测量仪

1.2.6 光学干涉测量技术的展望及需要解决的问题

1.3 光纤干涉仪

1.4 本论文的主要工作

1.5 本章小结

第二章 基于波分复用的大量程高分辨率光纤位移测量系统

2.1 测量系统的介绍

2.1.1 波分复用技术

2.1.2 光纤布拉格光栅(FBG)的工作原理

2.1.3 光纤自准直透镜

2.2 合成波测量原理

2.3 相位解调问题的分析和解决

2.3.1 相位测量技术

2.3.2 位移扩大技术

2.4 大量程高分辨率位移测量的系统实验

2.4.1 实验系统

2.4.2 理论分析

2.4.3 实验结果

2.4.4 数据处理

2.5 小结

第三章 有反馈补偿的高稳定的测量系统

3.1 加入反馈系统的测量原理

3.1.1 光学系统

3.1.2 反馈原理

3.2 反馈控制环节的电路与分析

3.3 实验结果

3.4 本章小结

第四章 基于LABVIEW的数据采集与位移计算方法

4.1 LabVIEW简介

4.2 硬件的选择

4.3 USB-5132性能指标的介绍

4.4 软件设计方案

4.5 程序设计

4.5.1 数据采集模块

4.5.2 位移解调模块

4.6 实验结果

4.7 本章小结

第五章 结论

5.1 本论文的研究总结

5.2 今后需要继续深入的工作

参考文献

发表的论文

作者简历

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