文档介绍：四川大学
硕士学位论文
双纵模双频激光干涉仪信号处理系统的研究
姓名:康岩辉
申请学位级别:硕士
专业:测试计量技术及仪器
指导教师:张涛
20051107
双纵模双频激光干涉仪信号处理系统的研究—愧艉筒慰夹藕判纬傻男藕舊弧,街孝粑狣频移。根据峰值测试计量技术及仪器专业研究生康岩辉指导教师张涛双频激光干涉仪是现代几何量精密测量中最常见,也是工业中最具权威的长度测量仪器。,对系统进行了改进。论文的主要研究工作如下:首先,对现有双纵模双频激光干涉仪非线性产生的原因进行详细的理论分析,其结果与实际观察到的现象相吻合;并确定了非线性对测量速度和测量精度的影响大小,最后给出定量结论。然后,针对现有电路系统的信号易有直流漂移、调整光路观察信号不方便的不足之处提出解决方案,即:高稳定度的高频振荡器涑銎德饰獀涑龅信号经9Ψ制骱蠓殖闪铰罚欠直鹩氩饬啃藕藕筒慰夹藕沤谢炱测量信号和参考信号频率分别为±和△,得到测量镜运动调制的测量信号运算电路,可以得到测量信号的强弱,从而判断出光路调整的好坏。然后分别将混频后的测量和参考两路信号进行自增益控制放大和整形,最终德到计数器可直接计数的方波脉冲信号。此方案的优点在于:改进后系统具有交流系统的特点,原来导致信号产生直流漂移等问题的各种因素ǚ窍咝缘挠跋,都可以通过交流自动增益放大等手段加以处理,并使整个系统容易满足正常工作的条件。再次,对改进后的电路系统进行了详细的介绍,其中包括峰值运算电路、基于淖远鲆婵刂电路和基于复杂可编程逻辑器件的计数电路等。最后,在完成了电路板的制作、安装和软、硬件调试后,对改进系统中的
峰值运算电路、自动增益控制电路,以及整个系统抗干扰性能、测量速度进行了测试实验。结果表明,改进后的双纵模双频激光干涉仪系统能够达到设计要求,在测量速度为眗痵时可以正常工作。关键词:双纵模双频激光干涉仪非线性自动增益控制
——繟篗±瑆,,瑃::——.,..瑆.,瓸甌—
珻—甅,,.,.—,痵:
一疊【二琏髀激光干涉仪的介绍、现状及发展/在激光器问畦以前,用于洲量物体长度和位罱的位移干涉收和方向干涉仪已经为人们所熟知。物体的长度是根据两干涉光束的相位差来确定,而物体的位置是根据干涉条纹的宽度和方向的改变来判惭。这类仪器主要用于物理实验和某些精密测量中。激光器的出现从根本上改变了干涉仪的状况。激光以其特有的高亮度、极好的方向性、、高精度及非接触性等特点已得到广泛应用。尽管存在各种形式的激光二嬉牵ù。,分束器将激光分为皇湎蚨ň礡,另一束射向动镜5倍礛移动时,经蚆的反射光在愫喜缮妗由于分柬器金属睫的附加相移性质,光电探测器、接受的信号相位差为。,用于计数器的方向辨别。单频干涉仪的优点是装置相对简单,其测量速度仅取决于信号接收和处理电路的带宽,因而司实现高速测量。但是光电接收器的光电流放大器的灵敏度卜】、单频激光干涉仪原理示意圈图ù笱妒垦б财盘:/‘、
弘鲻镜德饰#甞;另一路指向动镜德饰猑。当动镜贫保祷毓獠漂移及激光器功率、干涉仪测量光束强度的波动会引起信号电平随机变动。这种非稳定因素会改变光电流直流分量的大小和交流分量的振幅,给干涉条纹的计数带来误差。而当测距增大,光信号减小时,电信号的信号强度低于触发电平,计数装置会停止工作【。所以,单频激光干涉仪存在光路调节要求很高、直流漂移难以消除、信号处理及细分都比较困难等缺点,使其使用受到很大限蹈缮嬉羌疤氐双频激光干涉仪是在单频激光干涉仪基础上发展的一种外差式干涉仪【。外差二娌饬孔钕灾奶氐闶抢迷夭ḿ际踅ū徊馕锢砹啃畔⒆;怀傻髌祷虻相信号,因此具有抗干扰能力强、测量速度快、信噪比高、易于实现高测量分辨率等特点【。图为双频激光干涉仪的原理示意图。偏振方向相互垂直的同轴双频激光被分束器分为两部分,反射部分经检偏器由光电探测器接收,作为系统的参考信号;透射部分在偏振分束器Π雌穹较蚍纸猓宦分赶蚨生狄啤鳎[獭馈鳎隵两光束在偏振分束器愫希7置的检偏器,由光电探测器接收。两光电探测器分别接收到的参考信号和测量信号经前置放大后,送入外差信号处理系统进行计数,从而得出动镜的¨制。位移。。’/::唬甠二。。双频激光干涉仪原理示意图图四川大学硕士学位论文
使其达到的加工精度为脚。该机床可用于加工激光核聚变工程的零件、功公司研制的用于饪袒鶻、ぷ魈ㄖ毕呒敖俏灰撇饬康乃导す双频激光干涉仪是激光在计量领域中最成功的应用之一