多路外差光柵干涉信號相位測量方法研究.pdf

1、光學(xué)精密位移測量作為能夠?qū)崿F(xiàn)大量程高精度位移檢測的典型方法，在傳統(tǒng)制造業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域得到極其廣泛的應(yīng)用。通過將被測位移轉(zhuǎn)化為調(diào)制信號相位變化，外差干涉探測以其高精度高穩(wěn)定性特點成為光學(xué)測量的主要技術(shù)手段。外差干涉位移測量系統(tǒng)的性能一方面取決于所用測量原理與光路結(jié)構(gòu)，另一方面則主要取決于干涉信號的相位測量精度。本文基于以實物光柵為測量基準(zhǔn)的外差干涉平面位移測量系統(tǒng)，以實現(xiàn)多路同步高精度相位測量為目標(biāo)，對包含模擬電路、數(shù)字電路和通信軟件的

2、整個電子系統(tǒng)進(jìn)行了全面深入的研究，論文的具體工作和主要創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　1.詳細(xì)分析了外差干涉平面位移測量系統(tǒng)工作原理，建立了二維位移與信號相位之間的函數(shù)關(guān)系，基于參考信號與測量信號的規(guī)律特點，結(jié)合高精度多路同步相位測量目標(biāo)，提出了位移測量電子系統(tǒng)整體設(shè)計方案，通過協(xié)調(diào)配合模擬電路、數(shù)字電路和通信軟件之間的信號處理與通信方式，確保了干涉信號相位信息的準(zhǔn)確檢測和實時顯示。
　　2.設(shè)計制作了外差干涉光柵位移測量系

3、統(tǒng)模擬電路，針對外差干涉信號光強微弱不易探測的特點，研制了高功率低噪聲雙極性電源模塊、高靈敏度放大電路、混頻濾波與滯回比較方波轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)了對2.7MHz干涉信號高達(dá)60dB的高信噪比探測，得到了包含完整相位信息的低頻方波信號。
　　3.設(shè)計制作了外差干涉光柵位移測量系統(tǒng)數(shù)字電路，基于模擬電路輸出得到的低頻方波信號，提出了以脈沖填充法為基礎(chǔ)的整小數(shù)結(jié)合相位測量方法，研制了基于 FPGA的多路信號相位測量硬件電路，通過采用同一時鐘

4、基準(zhǔn)對多路信號進(jìn)行同步檢測與并行處理，確保了多路信號相位的實時同步探測；并利用虛擬儀器編程制作了光柵位移測量系統(tǒng)通信軟件，實現(xiàn)了對測量位移的快速通信與實時顯示。
　　4.實驗驗證了所研制高精度多路同步相位測量模擬電路和數(shù)字電路的實際性能，利用信號發(fā)生器模擬仿真各種形態(tài)干涉信號，對模擬電路和數(shù)字電路的性能進(jìn)行了完整測試，最終將所設(shè)計的相位測量電子系統(tǒng)與光學(xué)系統(tǒng)相結(jié)合，對納米定位臺所提供的平面位移進(jìn)行了測試，測試結(jié)果顯示所設(shè)計的相位測