基于干涉條紋形狀的二維角位移測量方法的研究.pdf

1、在精密計(jì)量測試中，對小角度的測量精度提出了很高的要求。高精度的二維角位移測量系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。為此，本文展開研究，其核心內(nèi)容主要包括兩個方面：(1)基于干涉條紋形狀的二維角位移測量原理與方案的研究；(2)基于干涉條紋信號處理算法的研究。其主要研究內(nèi)容和所取得的研究成果如下：
　　 首先，在分析邁克耳遜干涉條紋形狀(方向與寬度)與光線夾角關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了一種二位角位移的測量方法。在邁克耳遜干涉原理為基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了光學(xué)二維

2、角位移測量系統(tǒng)，并通過理論建模，從理論上推導(dǎo)了干涉條紋間距、方向與光線夾角之間的關(guān)系模型，最后用大型仿真工程軟件Matlab進(jìn)行仿真。
　　 應(yīng)用了波長調(diào)制技術(shù)。針對于四象限在受環(huán)境光強(qiáng)、光斑質(zhì)量與電噪聲等的影響時，無法高精度獲取靜止干涉條紋的形狀信息，提出了波長調(diào)制方法，即通過在激光器兩端加載不同的調(diào)制電路(如正弦波、鋸齒波、三角波等)，可改變激光波長，使干涉條紋由靜止變運(yùn)動。
　　 提出應(yīng)用高精度的四象限光電管QPD

3、接收運(yùn)動的干涉條紋，通過求取四象限橫、縱方向上相鄰QPD的相位差，來獲取干涉條紋的形狀信息，相對于傳統(tǒng)的CCD接收干涉條紋信息，具有反應(yīng)快，操作簡單且造價(jià)低廉。
　　 應(yīng)用高速A/D對四象限同步采集，并尋找適合的算法對采集信號進(jìn)行處理求解兩列被調(diào)制的光強(qiáng)信號相位差。鑒于相位差提取的直接決定測量的精度，本文提出了一種高精度求解兩列被調(diào)制的光強(qiáng)信號相位差的算法，其本文處理過程如下：首先通過卷積濾波，再應(yīng)用多次逼近法，反復(fù)求代、判斷，

4、利用相關(guān)性求取信號的高精度相位差，此算法極大地抑制了噪音的影響，提高了整個測量系統(tǒng)的精度。
　　 最后，通過對測量系統(tǒng)的誤差分析，得出誤差主要來源于：1、半導(dǎo)體激光器輸出波長不一致，波長易受外界的影響。2、算法主要針對于恒定頻譜，當(dāng)頻譜發(fā)生變化時，引入誤差。3、波長調(diào)制方法，引入非相關(guān)信號，帶入誤差。
　　 通過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該測量儀線性度、重復(fù)性好，測量精度高。測量范圍為-100"～+100"，精度為0.05"，達(dá)到了