基于激光干涉的微位移系统(DOC)

位移的量值范围差异很大，在制造工业中nm-mm直至数十米；秒分度以下或几度至几十度，检测可以是接触式或非接触式，加之对检测准确度、分辨力、使用条件等要求不同，因此有多种多样的检测方法【2】。
随着光学检测元件和精密制造工艺的提高以及电子元器件的发展，伴随计算机的更新换代和工业自动控制技术的不断进步，利用光电结合的方法是解决问题的有效途径，如光外差法、电镜法、激光三角测量法【6】、干涉法测量【7】（全息干涉测量、散斑干涉测量、光栅位移激光多普勒测量【9】）其测量精度高、反应速度快、易于实现数字化测量【4】【5】【8】【10】。
而国内关于微位移领域中的研究起步较晚，水平还比较低,但比较比较活跃。在生产测微仪方面,国内的公司比较少。其中率先开发出产品的是中国科技大学精密机械及精密仪器系的李胜利教授等人，在1995年研制了JW型测微仪，他们的测量精度有0.5μm，1μm，5μm三种,但测量范围最大仅5mm。另外比较有名的是深圳亨利新实业有限公司,它依靠华中科技大学的技术，生产的LT系列激光精密测微仪,其按量程和精度可分为三档:(1)高精度、小量程—1μm、1mm(2)中精度、中量程—0.01mm、10mm；(3)低精度、大量程—0.3mm、300mm【13】【15】。
随着近代工业的迅速发展，对计量测试技术的精度、效率和自动化的要求越来越高，并向着动态、在线、实时等方向发展。一些航空领域的测试，要求在持殊的条件下进行，如高温、高压、高速、放射、腐蚀介质或小空间等;在机械工业中，为提高精密加工机床的精度，结构的稳定性和可靠性，要求检测其在承载条件下工作机的动态形变，如大机械的动态变形场、大型发电机、大型机械主轴在运转过程中的变形、机床导轨在工作中的形变等;在建筑工业中，侨梁承载下的变形场检测、大坝，船舶等工程结构变形状况的检测等，以及对滑坡、地陷、雪崩、地基崩塌等地质灾害的监测都需要进行测量，以获得测量对象的动态测量信息。就这些方面的微位移测量而言，传统的静态测量技术满足不了现代测试技术中主动测量的要求。因此，在航空、军工、机械等各个领域中的许多测量，非接触式微位移测量方法应用广泛，也起到了十分重要的作用。根据工业生产实际的需要，将多普勒测量技术应用到固体的运动参数测量越来越受到重视，进行固体运动参数测量有很大的意义。
位移是指物体位置对参考点产生的偏移量。位移测量包括线位移或角位移。线位移是指物体相对于某参考坐标系一点的距离的变化量。它是描述物体空间位置变化的物理量。若物体沿直线方向运动的位移量称之为直线位移，它是描述物体在平面内直线位置变化的物理量。对于线位移而言基本与长度测量为同一范畴，人们习惯上常把某一固定的测量如物体的长度直径等称之为长度测量，而把在工作中变化的尺寸测量称之为位移测量，所以测量长度及位移的仪表往往在一定条件下可以通用【1】【3】
位移测量技术是振动、压力、应变、加速度、温度、流量等测量技术的基础。这是因为在众多的物理量中位移与其它机械量相比是既容易检测又容易获得高精度的检测结果。所以测量中常采用将被测对象的机械量转换成位移量来检测的方法。例如将压力转换成膜的位移、将加速度转换成重物的位移等。因此人们在很早以前就认识到测量位移的重要性，位移测量也是精密计量领域中的一个重要分支【3】。
中北大学信息商务学院
毕业设计开题报告
学生姓名：
学号：
学院、系：
信息商务学院信息与通信工程系
专业：
测控技术与仪器
设计题目：
基于激光干涉的微位移系统
指导教师:
郭华玲
2013年3月日
毕业设计开题报告
1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
文献综述
一Байду номын сангаас本课题研究的目的与意义
二、国内发展现状
在理论上自19世纪40年代克里斯琴·约翰·多普勒提出了光谱勒效应即物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。而法国物理学家斐索(1819～1896年)于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法。1964年Yeh和Cummins首次观察了水流中粒子的散射光频移，证实了可以利用激光多普勒频移技术来确定流体速度以来，激光多普勒技术以它精度高、动态响应快、测量范围大、非接触测量等特点得到了长足的发展。在Yeh和Cummins之后，Foreman和Georeg等人进一步论述了多普勒技术的原理、特点及其应用，使该项技术得到初步的实用化，不仅可以测量液体流速，还可以测量气体的流速。七十年代是激光多普勒技术发展最为活跃的一个时期，Durst和Whitelaw提出的集成光学单元有了进一步的发展，使得该系统的光路结构更为紧凑，调整也很方便，光束扩展、偏振分离、频率分离、光学移频等近代光学技术在激光多普勒技术中得到了广泛的应用，信号处理采用了频率跟踪、锁定放大、计数处理、光子相关及其它一些方法，同时设计和开发了相应的信号处理器，使LDV(激光多普勒测速)测量应用更为广泛。1975年在丹麦首都哥本哈根举行的“激光多普勒测速仪国际讨论会”标志着这一技术的成熟【11】【12】。
三、总结
本课题主要是设计一个高精度激光干涉微位移自动测量系统，介绍了相关研究背景、国内外激光微位移测量的现状，在此基础上查阅了干涉测量位移的方法，完成并掌握了基于多普勒效应测距的原理分析，学习了电子技术基础、信号与系统、光电探测技术等相关理论。
参考文献
[1]张玉存，刘彬，李群.检测激光多普勒信号的新方法[J].计量学报，2006,27（4）：1-2
在生产方面自20世纪70年代末SELCOM公司制造并销售第一批激光测量微位移仪器(简称测微仪)以来,国际上除了SELCOM以外,日本的安立、美国的Keyence、MTI、Instruments、德国米铱测试技术公司等都在生产许多高精度,快速测量仪。其中安立公司生产的高精度系列的测量范围为80μm到40mm,精度为全量程0.1%；Keyence公司的LK系列激光测微仪中精度最高的LK2011精度能达到0.1μm。米铱测试技术公司的德国米铱optoNCDT 2200高响应高精度激光位移传感器测量范围为2—200mm;分辨率能达到全量程的0.005%【13】【14】。