文档介绍：丫
高速双纵模双频激光干涉仪的研究
测试计量技术及仪器
研究生闺晓茄指导教师张涛
本学位论文以实用高速双频激光干涉仪测量系统为研究目标,完成了以下
研究工作
在详细了解了激光干涉测量的国内外现状基础上,分析了高速激光干
涉测量发展的现状、趋势及面临的问题。提出在现有的具有一定优势的双纵模
双频激光干涉仪的基础上,对其电路系统进行改进,研制具有较高测量速度不
小于、有良好抗干扰性能、测量智能化及自动化程度均较高的高速
激光干涉仪系统的研究目标。
详细介绍了双纵模双频激光干涉仪的结构组成,从理论上分析了双频
激光干涉仪的测量原理及光外差原理,并对该干涉仪光路结构上的三个特点作
出介绍。即测量光路采用角锥镜作测量镜及参考镜以保证测量光与参考光合光
后的平行度要求。采用倒置望远镜光路及针孔结构构成准直扩束及滤波系统,
使高斯激光束束腰扩大了倍几厂,发散角减小了等效腔长增
大了倍。由于拍频频率高达,采用延迟线移相技术仅需长
型聚乙烯介质同轴电缆即可获得相位差为的两路信号,比传统的光学镀膜移
相法简单。其具有的一系列优异特性,使它可满足各种高精度测量的要求,得
到了广泛的应用。
针对原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,即将高稳定度的高频振荡器输出的频率为的振荡
信号由功分器分成两路分别与测量信号和参考信号进行混频,测量信号和参
考信号频率为拍波频率△,则可以得到测量镜运动调制的测量信号
和参考信号形成的信号。一△,式中为多普勒频移。然后分
别将两路信号进行自增益控制放大和整形,即可得到计数器可直接接收计数
的方波脉冲信号,由计数系统分别计数,系统读出计数值相减乘以脉冲当
量即可得出所测长度值。并给出了振荡器频率选择的基本公式及对混频后信
号进行自动增益控制放大稳幅和整形处理的具体电路。
根据研究目标的要求,给出了计数系统的设计公式。以此公式为基
础设计出了基于的计数系统及基于的计数系统。上述两种计数系
统各有特点,适用的场合也不相同。基于的计数系统,单片计数范围大,
电路集成度高,与接「简单,但是当系统分辨率要求较高时,系统的测
量速度将受到限制。基于的计数系统,单片计数范围小,所需计数器
数目较大,电路集成度不高,但它的计数频率很高,在高分辨率下能满足高
速测量的计数要求。
设计出了以单片机为核心的测量控制及数据处理系统。该
系统设有个按键,位高亮共阴显示,通过按键可控制启停测量,可直
接显示长度值,动静态采样及输入环境参数修正波长误差,大大提高了系统
的智能化程度和自动化水平能实现与系统机通讯,最大波特率可达
在完成电路系统的设计、加工及调试后,进行了实验验证,实验结
果证明该干涉仪能够满足测量速度不小于的要求并具有足够的抗
干扰能力。
关键词双纵模双频激光干涉仪测量速度振荡器混频器计数系统
了岌护
,一△】二
」。,一
四川大学硕士学位论文
第一章绪论
科学技术的不断发展和成熟,给测量领域提出了新课题,同时也推动测量
技术的新发展。各种测试手段仅满足于静态测量是远远不够的。新技术革命把
人类社会从工业化社会推进到信息化社会,这就要求对随时间变化的参量,甚
至是变化频率很高的动态量进行实时测量。目前,各种动态量的测量技术得到
迅速发展,它的高响应速度以及可以连续测量和自动控制等特点越来越显示出
其巨大的应用前景。激光干涉测量技术作为高精度的几何测量手段不仅要求有
很高的测量精度,还要求有极快的测量速度,以完成各种动态测试任务。如大
型超精密金刚石撞床的在线测量系统,机床和三坐标测量机的动态误差的标定
等都需要高速、高动态性能的激光干涉测量系统。如何进一步提高激光干涉测
量的测量速度对国内超精密机床的研制意义重大
激光干涉测量的国内外研究现状与发展趋势
自从激光器问世以来,激光干涉仪以其特有的大测量范围、高分辨率
和高测量精度等优点,在精密和超精密测长领域获得了广泛的应用。伴随着电
子学、光学和物理光学的发展并与计算机相匹配,加之丰富的应用软件和各种
附件,是激光干涉仪不仅能测量线位移、线速度,还能测量小角度以及各种形
位误差等几何量。因此,它是精密机械工业不可缺少的测量工具,是全息光栅
尺和玻璃线纹尺等长度测量工具所不能取代的
正是由于激光干涉仪在非接触高精度测量领域无可比拟的优点,世界上各
发达国家对其发展都给予了足够的重视,相继开发研制出各种性能优良的商品
化激光干涉仪。目前世界上有三种比较典型,也是应用比较成熟的激光干涉仪
美国公司生产的系列双频光干涉仪美国。公司研制的
用于光刻机工作台直线及角位移测量的双频激光