基于衍射光柵的高分辨力位移測量系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步,納米測量技術(shù)已經(jīng)在大多數(shù)領(lǐng)域得到蓬勃發(fā)展,位移作為最基本的物理量之一,迫切需要向著高速度、高分辨力、大量程、小型化、低成本的納米級(jí)測量方向發(fā)展,而現(xiàn)代精密位移測量技術(shù)最主要的兩個(gè)手段是激光干涉和光柵計(jì)量,光柵計(jì)量不僅具有激光干涉高分辨力、高精度、大量程的優(yōu)點(diǎn),而且不易受環(huán)境干擾、成本低廉、易于小型化。國外對(duì)光柵計(jì)量的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟且已批量生產(chǎn),我國雖已取得一定發(fā)展但由于起步較晚,較國外還是有一定差距,研究基于衍射式光柵

2、的納米級(jí)位移測量系統(tǒng)意義重大。
　　本文研究了一種基于反射式衍射光柵的位移測量系統(tǒng),利用二次衍射光實(shí)現(xiàn)光學(xué)四細(xì)分,配合正交信號(hào)160倍細(xì)分,使測量系統(tǒng)具有納米級(jí)的分辨力。
　　基于偏振光學(xué)理論,優(yōu)化了四細(xì)分光學(xué)傳感器模型,消除0級(jí)衍射光在光路中多次反射的影響,減少了干涉場的雜散光;利用波動(dòng)光學(xué)和傅里葉光學(xué)理論,對(duì)所需使用的光柵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,得到光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)與激光光源之間理想關(guān)系,從而使衍射級(jí)次能量集中;借助光學(xué)設(shè)計(jì)軟件L

3、ighttools以獲得光柵的偏擺公差、光學(xué)元件定位公差等特性;從測量理論入手,針對(duì)光柵及光學(xué)元件的組裝誤差對(duì)測量信號(hào)造成的影響進(jìn)行分析。
　　優(yōu)化光柵信號(hào)處理方法,完成了光柵信號(hào)處理的軟硬件設(shè)計(jì),經(jīng)過前級(jí)調(diào)理電路后,有效地消除了干涉信號(hào)存在直流電平漂移、非正交誤差、不等幅誤差等,通過數(shù)據(jù)采集卡完成對(duì)干涉信號(hào)的采集和位移算法的實(shí)現(xiàn)。
　　整合優(yōu)化后的光學(xué)傳感器、前級(jí)調(diào)理電路以及數(shù)據(jù)采集卡,搭建光學(xué)構(gòu)架平臺(tái),構(gòu)建整個(gè)位移測量系