激光测距细分.doc

该【激光测距细分 】是由【春天资料屋】上传分享，beplayapp体育下载一共【25】页，该beplayapp体育下载可以免费在线阅读，需要了解更多关于【激光测距细分 】的内容，可以使用beplayapp体育下载的站内搜索功能，选择自己适合的beplayapp体育下载，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此beplayapp体育下载到您的设备，方便您编辑和打印。精美仪器课程设计激光干预纳米级位移丈量系统设计姓名:薛重飞学号:B10340130专业:测控技术与仪器2013年12月目录国内外发显现状概括整体方案设计..........................................丈量方法设计....................................................................................................................................................................................................激光干预原理...................................................光电传感器的信号...............................................移相系统.......................................................辨向及可逆计数................................................量化细分......................................................模数及数模变换................................................比较器的参照电压....................................................................................................信号整形及低通滤波............................................单片机系统....................................................数模模数变换芯片与单片机连结..................................整体电路设计........................................................................................................总结及展望参照文件..........................................................................................35556679101216171718181920212222激光干预纳米级微位移系统设计国内外发显现状概括跟着现代化国防建设、工业生产和科学技术的飞腾发展,不论是元件生产的设施正向超大型化、微型化、精美化和自动化方向发展。所以,精美丈量的工作显得愈来愈重要。多年来单频激光干预仪的研究主要集中在光学系统构造改进和非线性修正方面。前者的目标是经过改进干预仪的构造,以提升系统的分辨率、重复精度以及对空气扰动、折射率颠簸、工作台振动等环境噪声的抗扰乱能力。后者经过研究各详细干预仪的非线性环节,提出赔偿或校订策略(一般是鉴于软件实现),来改良系统在整个丈量范围内的线性度、重复精度等。因为缺少观点性打破,改进干预仪构造方面的研究未能获得明显成绩,因此非线性偏差校订(或称偏差补偿)成为单频激光干预仪研究中相对较为活跃的领域[1]。RENISHAW新式单频激光干预仪采纳偏振光移相方法,获取三路位相挨次相差900的光干预信号,经光电接收并放大后,使00和900,00和900信号分别输入两个比较器电路,生成两路错相900的交变方波信号,推进可逆计数器计数。这类构造能够实现两个目的:一是去掉直流重量和实现共模克制;二是因三个信号是完整共路的,有效地去掉了外界震动等噪声,保证了干预仪低频的稳固性,进而实现了双频激光干预仪的各样功能[1]。我国于七十年月开始了激光丈量系统的研制,1975年由中国计量科学研究院与陕西机械学院研制出我国第一台国产双频激光干预仪样机。量程为60m,。到当前为止,清华大学、哈尔滨工业大学、华中理工大学等也接踵展开了对激光干预仪及有关技术的研究。哈尔滨工业大学精美仪器系九十年月研制的光电接触式干预仪,其分辨力为,5108L(工为被测长度)。成都科技大学研制的双频激光干预仪[1],,。别的,清华大学在激光调谐绝对距离的丈量方面、外差干预的相位检测电路方面,华中理工大学在声光调制外差干预的光路方面等做了相当好的研究工作。为提升单频激光干预仪的抗扰乱性能以及丈量精度,清华大学的薛实福等人研究了一种在迈克逊单频激光干预仪的基础上采纳自扫描光电二极管排阵(SSPDA)接收器件,将直流信号变换成沟通信号、微办理机办理,拥有波长自动赔偿功能的新式激光干预仪。实考证明它比一般单频激光干预仪拥有较高的抗干扰性及丈量精度[1]。传统的迈克耳孙丈量方法受限于光源单***差和人眼计数的偏差,再加上分束镜界面反射形成的干预和环境噪声的存在,,研究人员不停地提出了多种新的条纹细分方法,赵育良等[2]利用CCD作为条纹拾取工具,系统理论偏差仅为CCD的1个像元,杨仕广等[3]人以迈克耳孙干预仪的光路为基础,利用CCD及时收集干预条纹的光强信息,经过精准丈量条纹的偏移量,,He-D等器件的使用和FFT、互有关运算等信号办理方法的运用,使得丈量精度和敏捷度有较大提升,借助虚构仪器手段还实现了微位移的全自动丈量。激光干预仪往常采纳Machelson(迈克尔逊)干预仪形式,因为反射器的作用,直接接收的脉冲当量为/2(),对于精美丈量来说,明显是不够的。怎样提升激光干预仪系统的分辨率是激光干预仪中的重要技术,有多种激光干预仪的细分方法,归纳起来为光学细分和电子细分两大类在精美计量技术中,干预条纹的记数与细分是基础技术之一。[4]。此刻已有的细分条纹技术有电子学倍频法、D细分法等。倍频法多采纳四倍频、八倍频,能够记录到四分之一、八分之一的干预条纹的挪动。这在细分精度上明显是不够的[6]。此刻常用的高倍细分法有微机细分等,别的激光干预仪的细分方法还有好多,比如在单频激光干预仪中,能够用电阻链细分方法;在鉴于声光频移的双频激光干预仪中,能够将丈量信号与频差信号,丈量信号与移相90°的频差信号分别混频,获取相位差为90°的两路信号,而后按单频激光干预仪的细分方法办理;在鉴于塞曼效应的双频激光干预仪中,能够采纳丈量节余相位的方法实现细分等,利用两个相互垂直偏振光相关,其干预信号为一个旋转的线偏振光的特色实现细分[6],在国内亦有大批的研究,并获得很好的成效。整体方案设计用迈克尔逊干预系统获取干预条纹,用相差900的移相系统进行一移相,而后用线性光电探测器探测光强变化,而后将获取的两路周期性信号滤除高频噪声,而后将两路信号中的直流重量滤除,获取正弦信号,而后信号进行辨向和可逆计数,将计数器的所得值传入单片机,同时采纳量化细分的方法,将第一个值的相位和最后一个值的相位,采入单片机,而后经过查表,就能达成细分,与此同时,单片机经过采样计算的方法,得出每一周期的直流重量值,和最后的显示工作。-Ne激光器,。激光干预测长的基本光路是一个迈克尔逊干预仪(如图1示),用干预条纹来反应被丈量的信息。干涉条纹是接收面上两路光程差同样的点连成的轨迹。激光器发出的激光束抵达半透半反射镜P后被分红两束,当两束光的光程相差激光半波长的偶数倍时,它们相互增强形成亮条纹;当两束光的光程相差半波长的奇数倍时,它们相互抵消形成暗条纹。两束光的光程差能够表示为NMnilinjlj(1)i1J1式中:ni,nj分别为干预仪两支光路的介质折射率;li,lj分别为干预仪两支光路的几何行程。将被测物与此中一支光路联系起来,使反光镜M沿光束2方向挪动,每移2动半波长的长度,光束2的光程就改变了一个波长,于是干预条纹就产生一个周期的明、暗变化。经过对干预条纹变化的丈量就能够获取被测长度空气的折射率n=1。因为加了赔偿板G2所以2d(2)被测长度L与干预条纹变化的次数N和干预仪所用光源波长之间的关系是LN(3)2所当M2等速挪动时,光电传感器输出信号的周期Tv,(4)2式中:v为动镜挪动速度,2T(5)光电传感器的信号光电传感器采纳光敏二极管,因为光敏二极管线性度好,光电传感器将光强的变化转变为电压信号,理论上传感器输出的信号为()A0A1sin(t)()et62T式中:A0为直流重量A1为输出信号幅值T为周期为角频次将上述信号经过比较器滤除直流重量得e1(t)A1sin(t)(7)同时将上述信号变换为方波,如图5图3光电传感器输出信号图4滤除直流重量后的信号图5变换后的方波移相系统干预仪在实质丈量位移时,因为丈量反射镜在丈量过程中可能需要正反两个方向的挪动,或因为外界振动,导轨偏差等扰乱,使反射镜在正向挪动中,有时有反向挪动,所以干预仪中需设计方向鉴别部分,将计数脉冲分为加和减两种脉冲。当丈量镜正向挪动时所产生的脉冲为正脉冲,而反向挪动时所产生的脉冲为减脉冲。将这两种脉冲送入可逆计数器进行可逆计算就能够获取真实的位移值。假如丈量系统没有判向能力,光电接收器接收的信号是丈量镜正反双方向挪动的总和,就不代表真实的位移值。此外为了提升仪器分辨力,还要对干预条纹进行细分。为达到这些目的,干预仪一定有两个位相差为90度的电信号输出,一个按光程的正弦变化,一个按余弦变化。所以,移相器也是干预仪丈量系统的重要构成部分。本系统采纳机械法移相,如图6图6移相系统原理放大后如图7,在经过整形后得图8,整形采纳比较器,参照电压由单片机供给。图7放大滤波后的信号图8整形后的信号辨向及可逆计数本文采纳四细分辨向电路,相位差900的两路方波信号。鉴于两路方波在一个周期内拥有两个上涨沿和两个降落沿,经过对边缘的办理实现四细分。依据两路方波相位的相对导前和滞后的关系作为鉴别依照。依据Uo1和Uo2的不一样,来