超精密動態(tài)激光干涉儀信號處理單元標(biāo)準(zhǔn)測試平臺設(shè)計.pdf

1、雙頻激光干涉測量技術(shù)以其抗干擾性強(qiáng)、精度高、可溯源等優(yōu)點(diǎn)，已成為靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)精密測量的經(jīng)典工具和主要手段。與此對應(yīng)地，NIM、NIST及PTB等計量機(jī)構(gòu)均制定了詳盡的檢定校準(zhǔn)規(guī)范，為靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)激光干涉儀的研究和推廣提供了堅實(shí)可靠的法定計量保障體系。然而，近年來隨著微電子制造、超精密機(jī)械加工等超精密裝備業(yè)的發(fā)展，雙頻激光干涉測量技術(shù)的研究焦點(diǎn)已從靜態(tài)測量轉(zhuǎn)移到動態(tài)測量上，相應(yīng)地對激光干涉儀的計量校準(zhǔn)提出了超精密、動態(tài)測量特性校準(zhǔn)要求。特

2、別是在我國，由于缺乏新的動態(tài)測量用雙頻激光干涉儀計量校準(zhǔn)規(guī)范，雙頻激光干涉儀動態(tài)測量性能考核缺乏可靠的校準(zhǔn)方法，這已成為我國雙頻激光干涉動態(tài)測量技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的主要技術(shù)障礙之一，并影響著超精密、動態(tài)雙頻激光干涉儀研發(fā)工作的可持續(xù)發(fā)展。
　　本課題“超精密動態(tài)激光干涉儀信號處理單元標(biāo)準(zhǔn)測試平臺設(shè)計”以現(xiàn)有激光外差干涉測量信號處理技術(shù)為基礎(chǔ)，針對快速超精密雙頻激光干涉儀性能指標(biāo)的測試需要進(jìn)行了深入研究，設(shè)計了具備電信號模擬測試、靜

3、態(tài)動態(tài)性能測試、多種標(biāo)準(zhǔn)接口的激光干涉儀信號處理單元標(biāo)準(zhǔn)測試平臺。本課題將為制訂超精密、動態(tài)雙頻激光干涉儀的國家級校準(zhǔn)檢定規(guī)范提供了有力的技術(shù)支持和平臺保障。課題的主要研究工作如下：
　　1．在雙頻激光干涉測量基本模型的基礎(chǔ)上，建立了被測目標(biāo)運(yùn)動下雙頻激光干涉儀的動態(tài)干涉信號模型，分析了勻速、勻加速、勻減速運(yùn)動情形下干涉信號頻率和相位的動態(tài)變化情況，為采用電信號模擬測試提供了理論基礎(chǔ)和參數(shù)測算依據(jù)；
　　2．針對電信號模擬測

4、試中提出的極低相位步進(jìn)靈敏度、極高相位穩(wěn)定度需求，深入分析直接數(shù)字頻率合成技術(shù)原理及其輸出頻譜，設(shè)計了以DDS芯片作為核心部件的相位差可調(diào)的雙通道同步位移信號模擬單元，利用電信號模擬雙頻激光干涉儀測量目標(biāo)的多種運(yùn)動軌跡，實(shí)現(xiàn)雙頻激光干涉儀信號處理單元電信號模擬測試；
　　3．針對測試平臺中接口復(fù)雜、信號切換與控制速度要求高的特點(diǎn)，設(shè)計了基于DSP的數(shù)字主控制器，實(shí)現(xiàn)了DDS快速、穩(wěn)定、精確地輸出電信號，電信號經(jīng)過高速模擬調(diào)理單元的

5、濾波放大保證信號達(dá)到技術(shù)指標(biāo)的要求，結(jié)合FPGA實(shí)現(xiàn)了ISA、USB標(biāo)準(zhǔn)接口匹配及數(shù)據(jù)高速傳輸，提高了測試平臺的通用性、規(guī)范性；
　　4．針對測試模型復(fù)雜、測試平臺操作步驟繁瑣且專業(yè)性強(qiáng)的問題，設(shè)計了基于Windows/CVI的應(yīng)用程序與用戶界面，方便靈活地實(shí)現(xiàn)了任務(wù)建立和多任務(wù)切換，可在線設(shè)定測試平臺的相關(guān)參數(shù)，有利于復(fù)雜運(yùn)動軌跡的模擬。
　　最后，通過實(shí)驗驗證雙頻激光干涉儀動態(tài)特性標(biāo)準(zhǔn)測試平臺的可行性以及性能指標(biāo)，結(jié)合H