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激光干涉检测装置的实验研究

作　者: 董跃华
导　师: 张景和
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 乌氏干涉仪激光干涉信号处理辨向细分
分类号: TH744.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着现代工业的发展,对检测系统提出了高分辨率、大量程、高检测效率等要求,而现阶段,大多数测量仪器仍难以兼顾高测量精度与大测量范围的要求。利用激光干涉原理的检测设备,不仅可以实现高精度、大量程测量,还可以将测量值溯源到激光波长,便于统一各种纳米尺度量值的溯源,具有十分重要的意义。本课题将乌氏干涉仪的光源改换成激光,设计并搭建了一套激光干涉检测装置,最后通过实验标定了检测装置的测量分辨率和量程,并通过圆度误差测量实验验证了测量结果的可靠性。首先,在学习精密检测技术与几种典型干涉仪基础上,对乌氏干涉仪进行了改造,换用He-Ne激光作光源以移植激光干涉测量优点;采用光电转换条纹判读法,直接利用光敏管检测干涉条纹光强变化,提取出两路正交的干涉信号,最后经过信号处理提取条纹移动信息实现测量。然后,选择了光电器件,设计了干涉光路机械结构和信号处理电路。设计了前置放大、滤波去噪电路,提取得到了干涉信号;为克服干涉信号在设定比较值附近抖动引起误处理的问题,设计了双门限整形电路;研究了干涉条纹辨向细分方法,分别设计了基本辨向与四细分辨向电路;采用单片机设计了判向计数器,并利用串行接口实现了计数值的输出显示。最后,在搭建并调试好整套干涉检测装置后进行验。通过干涉仪的标定实验,推算出检测装置的测量量程为1.097mm,采用基本辨向与四细分辨向电路的分辨率分别可达146nm和74nm;完成了轴的圆度误差测量,实验结果与符合实际情况,验证了检测装置测量结果的可靠性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题研究目的和意义  8-9
  1.2 精密检测技术现状  9-15
    1.2.1 各种精密检测仪器  9-14
    1.2.2 精密检测仪器比较  14-15
  1.3 主要研究内容  15-16
第2章激光干涉测量光路系统设计  16-25
  2.1 乌氏干涉仪的改造  16-19
    2.1.1 乌氏干涉仪的改造  16-18
    2.1.2 干涉信号的提取  18-19
  2.2 光电转换器件的选择  19-21
    2.2.1 光电转换器件类型  19-20
    2.2.2 光电转换器件选择  20-21
  2.3 光路机械结构设计  21-24
    2.3.1 激光发生器的固定  21-22
    2.3.2 条纹接受装置的设计  22-23
    2.3.3 圆度误差检测装置系统设计  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章检测系统硬件电路设计  25-40
  3.1 检测系统硬件电路系统组成  25-26
  3.2 光电信号调理放大电路  26-30
    3.2.1 前置放大电路  26-28
    3.2.2 滤波电路  28-30
  3.3 双门限整形电路  30-32
  3.4 辨向细分电路  32-37
    3.4.1 基本辨向电路  33-35
    3.4.2 四细分辨向电路  35-37
  3.5 判向计数电路  37-39
    3.5.1 判向计数器  37-38
    3.5.2 串行接口  38-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章激光干涉检测装置实验研究  40-51
  4.1 检测装置调试  40-43
    4.1.1 机械装置的调试  40-41
    4.1.2 光电压信号调试  41
    4.1.3 方波信号的调试  41-42
    4.1.4 辨向细分电路的EDA 仿真  42
    4.1.5 数据采集与控制  42-43
  4.2 干涉仪标定实验  43-46
    4.2.1 标定实验系统搭建  43-44
    4.2.2 条纹当量标定结果  44-45
    4.2.3 测量量程标定结果  45-46
  4.3 圆度误差测量实验  46-50
    4.3.1 V 型法圆度误差测量原理  46-47
    4.3.2 圆度误差测量系统  47
    4.3.3 圆度误差测量数据及结果  47-50
  4.4 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-56
致谢  56

激光干涉检测装置的实验研究

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