超精密動態(tài)激光干涉儀信號處理單元標準測試平臺設計.pdf

1、雙頻激光干涉測量技術(shù)以其抗干擾性強、精度高、可溯源等優(yōu)點，已成為靜態(tài)、準靜態(tài)精密測量的經(jīng)典工具和主要手段。與此對應地，NIM、NIST及PTB等計量機構(gòu)均制定了詳盡的檢定校準規(guī)范，為靜態(tài)、準靜態(tài)激光干涉儀的研究和推廣提供了堅實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)的研究焦點已從靜態(tài)測量轉(zhuǎn)移到動態(tài)測量上，相應地對激光干涉儀的計量校準提出了超精密、動態(tài)測量特性校準要求。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方法，這已成為我國雙頻激光干涉動態(tài)測量技術(shù)進行生產(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準測試平臺設計”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的測試需要進行了深入研究，設計了具備電信號模擬測試、靜

3、態(tài)動態(tài)性能測試、多種標準接口的激光干涉儀信號處理單元標準測試平臺。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，建立了被測目標運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的多種運動軌跡，實現(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雜、信號切換與控制速度要求高的特點，設計了基于DSP的數(shù)字主控制器，實現(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到技術(shù)指標的要求，結(jié)合FPGA實現(xiàn)了ISA、USB標準接口匹配及數(shù)據(jù)高速傳輸，提高了測試平臺的通用性、規(guī)范性；
　　4．針對測試模型復雜、測試平臺操作步驟繁瑣且專業(yè)性強的問題，設計了基于Windows/CVI的應用程序與用戶界面，方便靈活地實現(xiàn)了任務建立和多任務切換，可在線設定測試平臺的相關(guān)參數(shù)，有利于復雜運動軌跡的模擬。
　　最后，通過實驗驗證雙頻激光干涉儀動態(tài)特性標準測試平臺的可行性以及性能指標，結(jié)合H