田云辉[1]2003年在《基于双纵模双频激光干涉测量的位移传感器自动检定系统的研究》文中进行了进一步梳理本学位论文以为成都飞机工业集团公司研制双频激光干涉仪和位移传感器自动检定系统为基础，完成了以下研究工作： 1．对双频激光干涉仪的工作原理进行了理论分析，着重分析了其主要影响因素：双频激光平均频率漂移；双频激光差频漂移；高斯光束干涉附加项在测量过程中的变化及其对相位变化的影响，与测量镜运动引起的程差变化的关系。双频激光干涉仪是一种外差干涉仪，理论分析证明：外差干涉具有高的转换增益、良好的滤波性能及优异的空间鉴别能力，能有效地滤除各种背景光干扰，得到信噪比很高的测量信号。在光路调整中，它对测量光与参考光的合光光束是否垂直于探测器光敏面要求不高，但对两光束合光同轴度则有严格要求。因而干涉仪系统达到高精度的基础是：频率及频差稳定的双频激光源、稳定的等效腔长；测量光与参考光合光后有很高同轴度的光路结构；能可靠记录相位差变化周期数的细分及可逆计数系统叁部分。 2．分析了激光频率的稳定性、复现性的定义及影响激光频率稳定的因素；介绍了常见的稳频及产生双频的方法；分析论证了激光器双纵模热稳频的使用条件和有关参数的关系，得到结论是：应将激光管装在保温罩内；选用放电管直径及长度大、壁厚小、材料导热系数大的放电管。采用控制激光器的放电电流的PID控制模式，在放电管外露，散热条件好；热变形不受约束的背包式He-Ne激光管上取得了很好的效果。在放电管外有玻璃罩，散热条件差；放电管温度变形受外玻璃罩约束的同轴式管子上则效果不理想(预热时间较长，抗干扰能力不如前者)。为此，提出了增加有缠绕于激光管颈上的电阻丝辅助加热控制环节的自四川大学博一l:学位论文组织模糊控制双纵模热稳频方法。选用腔长L=190mm的普通同轴式He一e激光管，采用PID和自组织模糊控制模式可达到10一的稳频精度效果，并满足预热时间和抗干扰要求。实验证明用自组织模糊控制方法获得的双纵模双频激光的频率稳定度在恒温条件为20士IOc时可达10一”;即使有冷、热气流吹拂时，也能保证稳频精度不低于10一7，单片机自组织模糊控制方法可以实现模糊优化和自组织，故不需要精确的数学模型。它结构简单，又有自适应的功能，使稳频系统预热时间减少，抗干扰性能和对环境变化的适应能力也得到提高。双纵模热稳频He一Ne激光源发出的双频激光，频率稳定度高;不用压电晶体和外加磁场;对激光管没有特殊要求;所以系统成本低，控制简单。用于激光外差干涉测量时，其抗干扰能力强;尤其是动态响应好，其模间隔即仪器的载波频率达790MHz:由于出射的两个纵模频率的光是偏振方向自然相互垂直的线偏振光，正交性好，因光源椭偏引起的非线性误差很小;因而有广泛的应用范围。 3.以上述研究为基础改进和重新设计了双纵模双频激光干涉仪。系统采用长度为1 90mm的普通全内腔He一Ne激光管构成双纵模热稳频光源，其模间隔为△F=。/ZnL(式中c为光速，L为谐振腔长，n为空气折射率，其值约790MHz)，原理上对目前可能要求的测量速度都能满足;它发出的光为一对互相垂直的线偏振光，与塞曼型双频激光干涉仪相比，它不用外加轴向磁场及1/4波片，因此结构简单，造价低廉。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同轴度要求;本系统中，对合光后光束的同轴度要求为:0.na、一0.21 lmrad一43.5”，为此要求角锥镜叁个直角加工偏差均不得大于7.27”。采用倒置望远镜光路及针孔构成准直扩束及空间滤波系统，使高斯激光束束腰扩大了M倍(M=石/‘万)，发散角减小了1/M，等效腔长增大了M，倍。由于拍频频率高达79OMHz，采用了80mm长syv型聚乙烯介质同轴电缆作为延迟线移相’即可获得相位差为900的两路信号，比传统的光学镀膜移相法简单。以上所述的一系列优异特性，使此种干涉仪可满足各种高精度测量的要求，有良好的应用前万L。 4.细分及可逆计数系统首次采用了经放大整形的两路相位相差9了的计数脉冲信号作为EPROM的地址输入控制其数据输出，而数据输出又返回来控制地址输入。这种循环查表、反馈作用，在向 EPROM中写入适当的内容后即可实现依相序抗干扰细分、辨向的功能。采用两片大规模集成器件8253分别作为正向脉冲和四川大学博士学位论文反向脉冲计数器，未设置专门的辩符号功能环节，而采用单片机程序处理完成。由于采用了以EPROM硬件查表技术为核心的依相序抗干扰四细分辨向电路和以高集成度的16位计数器8253为核心的辨符号可逆计数电路，并在单片机89C51的控制下，完成采样、清零、结果显示及与微机通讯，智能化程度及可靠性得到提高。 5.对双纵模双频激光干涉仪的精度理论分析表明其最大测量误差为:占二士(0 .2十10一6L)声lm(L单位为pm)。在中国测试技术研究院GzJ一l型长光栅自动检测仪上与美国HP5528双频激光干涉仪进行的比对实验验证了这一结论。在宁江机床厂装配车间正常生产条件(有机床与吊车开动及人员在车间内行走)作了进一步的适应性试验。并在现场用巾6手电钻距仪器50Omm范围内不断开闭制造人工干
康岩辉[2]2005年在《双纵模双频激光干涉仪信号处理系统的研究》文中提出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。本课题在现有的以双纵模热稳频He-Ne激光器为光源构成的双频激光干涉仪基础之上,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(输出频率为v)输出的信号经0°功分器后分成两路,它们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分别为△v±△f和△v),得到测量镜运动调制的测量信号|v-△v|±△f和参考信号形成的信号|v-△v|,式中△f为Doppler频移。根据峰值运算电路,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,最终得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(包括非线性的影响),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AD603的自动增益控制(AGC)电路和基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)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
朱目成, 王雅萍[3]2004年在《激光干涉仪在位移传感器自动检定中的应用》文中认为介绍了以双纵模热稳频He -Ne激光干涉仪、微机、被检传感器及数据采集A/D卡、微机接口数据采集卡、机械及电动机构、步进电机驱动卡及相应软件等组成的 ,对差动式位移传感器进行在线自动检定的系统原理。通过实验及现场实际应用均表明 :该检定系统具有测量范围大、检测精度高、测量速度快、自动化程度高等特点 ,有良好的实用性及经济性
谭翔飞[4]2013年在《用于精密位移测量的单频激光干涉系统研究》文中研究指明精密测量技术在工业生产、科学技术和国防建设等众多领域都有着非常重要而又广泛的应用,而近年来随着我国现代化建设的飞速发展,超大型化、微型化、精密化和智能化的制造加工设备已经成为未来发展的趋势。开展精密测量技术的相关研究,对促进我国先进制造、超精密加工、国防军工等高新技术行业的发展,具有重要而深远的意义。激光干涉测量以其优异的性能和广泛的应用场合,成为精密测量领域不可缺少的基本技术。如何从根本上掌握这门技术并灵活运用到实际的科研、生产中,具有非常重要的工程应用价值。市场上现有的激光干涉仪种类较多、功能各异,且都自成体系、独立使用。但在科学研究与实际应用中,常需要集成激光干涉技术于系统中构建位移测量反馈。通用干涉仪存在着价格昂贵、无法满足系统特殊要求、不便集成等问题。因此,自行构建一套激光干涉测量系统,并能根据研究对象的不同而灵活地进行按需构建,无疑是一项非常有意义的研究工作。基于上述考虑,本文在激光干涉测量理论的基础上,自主设计并构建了一套激光干涉测量系统,包括光路结构和转换电路设计,以及后续的采样程序编制和数据处理方法研究,以保证预定的测量精度。实验结果表明,该套激光干涉测量系统的最大测量误差在50nm以内,最大相对误差为1%左右。各章的具体内容包括：第1章介绍激光干涉测量技术的研究背景和意义,评述国内外的研究和应用现状,提出本文的主要研究内容及整体框架结构。第2章首先介绍精密位移测量的干涉原理,包括激光的基本物理性质、光波的迭加原理等,然后讨论并比较了单频激光干涉测量和双频激光干涉测量的特点。基于目前的应用需求与实验条件,选择单频激光干涉测量展开研究。第3章首先分析了实验光路的原理和构成,然后对光路的各部分光学元件的参数进行具体的阐述,特别是对手动位移台和纳米电机这两种控制目标反射镜位移的装置、以及纳米电机的编程方法作了详细介绍。第4章设计了光电转换电路,并通过示波器显示实验效果。针对方波和正弦波,采用不同的方式进行数据采集。第5章主要对正弦波形存在的误差进行处理,并对处理结果进行比较。然后针对波形细分,在介绍通用细分方法的基础上,提出一种简化条件下的实用细分方法,并按此方法进行数据处理,最后针对处理结果进行相应的误差分析。第6章：对论文研究工作进行总结,并对后续的研究工作提出了建议。
参考文献：
[1]. 基于双纵模双频激光干涉测量的位移传感器自动检定系统的研究[D]. 田云辉. 四川大学. 2003
[2]. 双纵模双频激光干涉仪信号处理系统的研究[D]. 康岩辉. 四川大学. 2005
[3]. 激光干涉仪在位移传感器自动检定中的应用[J]. 朱目成, 王雅萍. 激光杂志. 2004
[4]. 用于精密位移测量的单频激光干涉系统研究[D]. 谭翔飞. 浙江大学. 2013