多路外差光柵干涉信號(hào)相位測(cè)量方法研究.pdf

1、光學(xué)精密位移測(cè)量作為能夠?qū)崿F(xiàn)大量程高精度位移檢測(cè)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(guò)將被測(cè)位移轉(zhuǎn)化為調(diào)制信號(hào)相位變化，外差干涉探測(cè)以其高精度高穩(wěn)定性特點(diǎn)成為光學(xué)測(cè)量的主要技術(shù)手段。外差干涉位移測(cè)量系統(tǒng)的性能一方面取決于所用測(cè)量原理與光路結(jié)構(gòu)，另一方面則主要取決于干涉信號(hào)的相位測(cè)量精度。本文基于以實(shí)物光柵為測(cè)量基準(zhǔn)的外差干涉平面位移測(cè)量系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多路同步高精度相位測(cè)量為目標(biāo)，對(duì)包含模擬電路、數(shù)字電路和通信軟件的

2、整個(gè)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?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　1.詳細(xì)分析了外差干涉平面位移測(cè)量系統(tǒng)工作原理，建立了二維位移與信號(hào)相位之間的函數(shù)關(guān)系，基于參考信號(hào)與測(cè)量信號(hào)的規(guī)律特點(diǎn)，結(jié)合高精度多路同步相位測(cè)量目標(biāo)，提出了位移測(cè)量電子系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，通過(guò)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(hào)處理與通信方式，確保了干涉信號(hào)相位信息的準(zhǔn)確檢測(cè)和實(shí)時(shí)顯示。
　　2.設(shè)計(jì)制作了外差干涉光柵位移測(cè)量系

3、統(tǒng)模擬電路，針對(duì)外差干涉信號(hào)光強(qiáng)微弱不易探測(cè)的特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)了對(duì)2.7MHz干涉信號(hào)高達(dá)60dB的高信噪比探測(cè)，得到了包含完整相位信息的低頻方波信號(hào)。
　　3.設(shè)計(jì)制作了外差干涉光柵位移測(cè)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(hào)，提出了以脈沖填充法為基礎(chǔ)的整小數(shù)結(jié)合相位測(cè)量方法，研制了基于 FPGA的多路信號(hào)相位測(cè)量硬件電路，通過(guò)采用同一時(shí)鐘

4、基準(zhǔn)對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行同步檢測(cè)與并行處理，確保了多路信號(hào)相位的實(shí)時(shí)同步探測(cè)；并利用虛擬儀器編程制作了光柵位移測(cè)量系統(tǒng)通信軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)量位移的快速通信與實(shí)時(shí)顯示。
　　4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所研制高精度多路同步相位測(cè)量模擬電路和數(shù)字電路的實(shí)際性能，利用信號(hào)發(fā)生器模擬仿真各種形態(tài)干涉信號(hào)，對(duì)模擬電路和數(shù)字電路的性能進(jìn)行了完整測(cè)試，最終將所設(shè)計(jì)的相位測(cè)量電子系統(tǒng)與光學(xué)系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)納米定位臺(tái)所提供的平面位移進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示所設(shè)計(jì)的相位測(cè)