激光干涉微位移测量系统设计课题总结报告.
激光位移检测系统课程设计
激光位移检测系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解激光位移检测系统的基本原理，掌握其工作流程和关键部件功能。
2. 学习相关的物理知识，如光的传播、反射、干涉等，并将其应用于激光位移检测。
3. 掌握数据处理与分析方法，能对激光位移检测系统的输出数据进行有效解析。
技能目标：1. 能够操作激光位移检测设备，进行简单的实验设置和数据采集。
2. 培养动手实践能力，通过小组合作完成激光位移检测系统的组装与调试。
3. 提高问题解决能力，能够运用所学知识分析和解决实际应用中的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的兴趣，激发他们探索科学技术的热情。
2. 培养学生的团队合作意识，学会在小组中分享观点、协同解决问题。
3. 增强学生的环境保护意识，认识到激光位移检测技术在生产生活中的重要应用和价值。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为高二年级物理选修课程，结合学生已掌握的光学知识，通过激光位移检测系统课程设计，使学生在实际操作中巩固理论知识，提高实践能力。
课程注重培养学生的动手操作能力、问题解决能力和团队协作能力，旨在激发学生对物理科学的兴趣，培养他们的创新精神。
课程目标分解：1. 知识目标：通过讲解、演示和实验，使学生掌握激光位移检测系统的基本原理和操作方法。
2. 技能目标：通过实验操作、小组合作和问题分析，培养学生的动手实践能力和问题解决能力。
3. 情感态度价值观目标：通过课程实施，引导学生体验科学探究的乐趣，培养他们的团队合作精神和环保意识。
二、教学内容1. 激光位移检测系统基本原理- 光的传播、反射、干涉等现象- 激光特性及其在位移检测中的应用- 激光位移传感器的工作原理2. 激光位移检测系统的组成与功能- 激光发射器、接收器、光束调节器等关键部件- 系统的组装与调试方法- 各部件在位移检测中的作用及相互关系3. 实验操作与数据处理- 实验设备的使用方法与注意事项- 实验步骤及操作技巧- 数据采集、处理与分析方法4. 激光位移检测技术的应用案例- 工业生产中的质量控制与自动化- 建筑物、桥梁等结构物的健康监测- 航空航天、生物医学等领域的应用5. 教学内容的安排与进度- 第一节课：激光位移检测系统基本原理与激光特性- 第二节课：激光位移检测系统的组成与功能- 第三节课：实验操作与数据处理- 第四节课：激光位移检测技术的应用案例及讨论教学内容依据课程目标，结合教材相关章节，系统性地组织与安排。
2D激光位移传感测量实验实验报告
《现代光学测量技术》实验报告成绩：实验项目名称2Ｄ激光位移传感测量院（系）专业班级学生姓名学号同组人指导老师实验日期一、实验目的1、在了解激光三角测量基本原理的基础上，掌握基于激光线光源的非接触式光学三维测量方法；2、了解影响测量精度和测量范围的主要因素；3、了解三维测量基本原理，通过实际操作，掌握基本测量方法；4、深入理解三角测量原理，握基于激光线光源的三维测量方法，通过改变实验系统结构参数，分析影响测量分辨率和测量范围的因素。
二、实验仪器线激光器、导轨滑块组件、电控平移台、电控旋转台、控制器、图像处理软件三、实验内容1、学习激光三角法的基本原理；2、2D位移传感器实验系统的安装与调试；3、2D激光位移传感器实验系统的标定；4、利用2D激光位移传感器测量物体面形。
四、实验步骤1、系统调整：（1）打开测量系统，打开测量实验软件的采集功能；（2）将标定板固定在载物台上，移动标定板到CCD相机的视场中间位置，调节CCD镜头，使标定板中间的黑色竖线最清晰；（3）调节CCD的角度，尽量使标定板的黑色竖线成像在CCD像面的一列像素上；（4）将线激光器固定在高度支架上，打开激光器，调整激光器的位置（可以移动整个测量头）、高度和偏摆角，使激光线与标定板上的黑色竖线重合；（5）移动标定板到临近激光器的位置，调节激光器的偏摆角度和测量头的位置，使激光线与标定板上的黑色竖线重合，再把标定板沿导轨平行移至台上尽量远位置，调整激光器的偏摆角度和测量头的位置，使激光线与标定板上的黑色竖线重合。
重复上述过程，直到邻近和远离两个位置激光线与标定板上的黑色竖线都重合；（6）移动测量头，使激光线稍微偏离黑色标定竖线，相对测量头前后移动标定板的位置，记录激光线在CCD像面左端的位置和右端的位置为系统标定做准备；2、测量实验：2.1测量系统标定实验（1）将标定板移动到激光线成像到CCD像面左侧位置，根据标定时定下的两个位置的距离差对系统进行标定。
实验一 精密位移量的激光干涉测量方法
实验一精密位移量的激光干涉测量方法一、实验目的：1．了解激光干涉测量的原理2．掌握微米及亚微米量级位移量的激光干涉测量方法3．了解激光干涉测量方法的优点和应用场合二、实验原理：本实验采用泰曼－格林（Twyman-Green）干涉系统，T－G干涉系统是著名的迈克尔逊白光干涉仪的一种变型，在光学仪器的制造工业中，常用其产生的等间距干涉条纹对光学零件或光学系统作综合质量检验。
泰曼－格林干涉仪与原始的迈克尔逊干涉仪不同点是，光源是单色激光光源，它置于一个校正像差的透镜L1的前焦点上，光束经透镜L1准直后，被分束器A分成两束光，到达反射镜M1和M2并被反射，两束反射光再次经A透射和反射，用另一个透镜校正像差的透镜L2会聚，人眼则处在透镜L2的焦点位置观察，能够观察到反射镜M1和M2的整个范围，从而可获得清晰、明亮的等间距干涉直条纹，其原理如图1所示。
图1 泰曼－格林干涉仪原理图若作出反射镜M1在半反射面A中的虚像M1'（图中未画出），干涉仪的出射光线相当于M2和M1’所构成的空气楔的反射光，因而泰曼干涉仪实际上就等效于平面干涉仪，只是这里两束光的光路被完全分开，进而产生了等厚干涉条纹。
当光源是点光源时，条纹是非定域的，在两个相干光束重叠区域内的任何平面上，条纹的清晰度都一样。
不过，实际上为了获得足够强度的干涉条纹，光源的扩展不能忽略，这时条纹定域在M1和M2构成的空气楔附近。
下面解释干涉条纹的产生，如图1所示，设入射平面波经M 1反射后的波前是W 1，经M 2反射后相应的波前是W 2，W 1和W 2位相相同。
引入虚波前W 1’ ，它是在W 1半反射面A 中的虚像，图中画出了虚相交于波前W 2上P 点的两支光路，这两支光在P 点的光程差为PN h ∆==即等于W 1’到P 点的法线距离，因为W 1’和W 2之间介质（空气）折射率为1，显然当0,1,2,...h m m λ==±±时，P 点为亮点，而当 1()0,1,2,...2h m m λ=+=±±时，P 点为暗点。
激光干涉测量
激光干涉测量技术的发展及现状调研报告一、激光干涉基本原理激光输出可被视为正弦光波波长从激光头射出的光波有三个关键特性：• 波长精确已知，能够实现精确测量• 波长很短，能够实现精密测量或高分辨率测量• 所有光波均为同相，能够实现干涉条纹 干涉测量是基于光波叠加原理，在干涉场中产生亮暗交替的干涉条纹，通过分析处理干涉条纹来获取被测量的有关信息。
当两束光满足频率相同、振动方向相同以及初相位差恒定的条件时，两支光会发生干涉现象。
在干涉场中任一点的合成光强为： ∆++=λπ2c o s I I 2I I I 2121式中，∆为两束光到达某点的光程差；1I 、2I 分别为两束光的光强；λ为光波长。
干涉条纹是光程差相同点的轨迹，以下两式分别为亮纹和暗纹方程∆ =m λ∆=(m+1/2)λ式中，m 为干涉条纹的干涉级干涉仪中两支光路的光程差∆可表示为∆=j j j ii l n l n ∑∑-i式中，i n 、j n 分别为干涉仪两支光路的介质折射率；i l 、j l 分别为干涉仪两支光路的几何路程。
当把被测量引入干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差则发生变化，干涉条纹也随之变化。
通过测量干涉条纹的变化量，可以获得与介质折射率n和几何路程l有关的各种物理量和几何量。
二、发展历史、现状及趋势早在十九世纪八十年代，人们第一次证实了光干涉原理可以作为测量工具使用。
尽管该技术多年来不断发展，但是使用极小、稳定、准确定义的光波长作为测量单位的基本原理仍然没有改变。
干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。
20世纪60年代以来，由于激光的出现、隔振条件的改善及电子与计算机技术的成熟，使干涉测量技术得到长足发展。
干涉测量技术大都是非接触测量，具有很高的测量灵敏度和精度。
干涉测量应用范围十分广泛，可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测量。
在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、马赫-泽德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪等；70年代以后，抗环境干扰的外差干涉仪(交流干涉仪)发展迅速，如双频激光干涉仪等；近年来，光纤干涉仪的出现使干涉仪结构更加简单、紧凑，干涉仪性能也更加稳定。
激光合成波长纳米位移测量干涉仪的关键技术研究的开题报告
激光合成波长纳米位移测量干涉仪的关键技术研究的开题
报告
一、选题背景和研究意义
随着精密仪器制造技术的不断发展，纳米级精度的测量需求逐渐增加，尤其对于高精度制造领域来说，精确测量是保证产品质量和性能的关键。
而激光干涉仪具有高灵敏度、高分辨力、无接触测量等优点，成为纳米级测量的重要手段之一。
然而，传统的激光干涉仪存在着波长漂移、热漂移等问题，会对测量精度产生较大的影响。
为了解决这些问题，需要研究激光合成波长纳米位移测量干涉仪的关键技术，以提高干涉仪的测量精度和稳定性。
二、研究内容和研究方法
本课题的研究内容主要包括：
1. 激光合成波长技术研究，探究激光合成波长的原理和实现方法。
2. 激光合成波长纳米位移测量干涉仪系统设计，包括光路设计、信号采集电路设计等。
3. 激光合成波长纳米位移测量干涉仪系统的实验验证，对干涉仪的测量精度、准确性和稳定性进行测试和验证。
本课题的研究方法主要包括理论分析、实验设计、实验验证等方法。
三、研究进展和计划
目前，我们已经对激光合成波长技术和激光干涉仪原理进行了深入的研究，初步确定了干涉仪系统的设计方案，并开始进行实验验证。
下一步，我们将继续完善干涉仪系统的设计，优化系统性能，并进行更加详细的实验研究，最终实现纳米级位移测量的高精度、高稳定性和高准确性。
四、总结
本研究通过对激光合成波长纳米位移测量干涉仪的关键技术研究，旨在提高激光干涉仪的测量精度和稳定性，探索高精度、高稳定性和高准确性的测量手段，为高精度制造领域和其他相关领域的发展做出贡献。
激光干涉计量实验报告
一、实验目的1. 理解激光干涉原理，掌握激光干涉计量的基本操作。
2. 学习使用激光干涉仪进行长度、距离等参数的精确测量。
3. 了解激光干涉仪在工程测量中的应用。
二、实验原理激光干涉计量是基于光波干涉原理，通过测量干涉条纹的变化来确定长度、距离等参数的一种方法。
实验中使用的激光干涉仪通过分束器将激光束分为两束，一束光通过待测距离，另一束光作为参考光。
两束光在探测器处发生干涉，产生干涉条纹。
通过测量干涉条纹的变化，可以计算出待测距离。
三、实验仪器1. 激光干涉仪2. 分束器3. 反射镜4. 探测器5. 计算机及数据采集软件四、实验步骤1. 将激光干涉仪、分束器、反射镜和探测器按照实验要求连接好。
2. 打开激光干涉仪电源，预热10分钟。
3. 打开数据采集软件，设置采集参数。
4. 将反射镜放置在待测距离处，调整反射镜的角度，使光束与探测器垂直。
5. 观察干涉条纹的变化，记录条纹移动的次数。
6. 根据干涉条纹移动的次数，计算出待测距离。
五、实验数据1. 待测距离：d = 10m2. 干涉条纹移动次数：n = 10003. 干涉条纹间距：ΔL = 1mm六、数据处理根据实验数据，可以使用以下公式计算待测距离：d = n × ΔL代入实验数据，得到：d = 1000 × 1mm = 1000mm = 1m七、实验结果与分析实验结果显示，待测距离为1m，与实际距离基本一致，说明实验结果准确可靠。
通过激光干涉计量实验，我们掌握了激光干涉计量的基本原理和操作方法，为以后进行工程测量奠定了基础。
八、实验总结1. 激光干涉计量是一种精确的测量方法，广泛应用于工程测量、科学研究等领域。
2. 在实验过程中，要确保光路稳定，避免外界因素对实验结果的影响。
3. 通过实验，我们掌握了激光干涉计量的基本原理和操作方法，提高了自己的实验技能。
九、注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免激光直射眼睛。
2. 实验前，仔细阅读实验指导书，了解实验原理和操作步骤。
基于激光干涉的微位移系统(DOC)
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。
实验4激光干涉仪测量位移实验-
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实验4激光干涉仪测量位移实验-
Step 1
Set up the HeNe laser source and make sure the beam can incident to the first collimation mirror in a straight line.
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Expected results
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Questions
1. Measure the lengths of the two arms of the interferometer and calculate the difference. The typical width of the spectrum of a HeNe laser is 1.5 GHz. Estimate its coherent length. Would you expect the length difference of the two arms of the interferometer has a significant effect on the interference visibility? Explain why.
2. Discuss other effects that may reduce the interference visibility in your setup.
Reference: Lecture notes on Coherent Optics (Advanced Optics I, week 18)
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Step 6
Set up the detector to receive the coherent beam from the beam Splitter and connect the detector To the OSC and power supply.
激光干涉微位移测量系统设计课题总结报告
北京信息科技大学《专业综合实践》报告题目激光干涉微位移测量系统设计学院仪器科学与光电工程专业光信息科学与技术学号2011010736、744、750、728姓名邓伟壮、潘晗、张驰、贾希冉指导老师日期2015.1目录题目激光干涉微位移测量系统设计 (1)目录 (2)一、方案要求 (3)1、设计内容 (3)2、设计目标 (3)3、设计预计实现目标 (3)二、方案调研及原理 (3)1、光学微位移测量的几种方法 (3)（1）光外差法 (3)（2）电镜法 (3)（3）激光三角测量法 (4)（4）干涉法测量 (4)2、光电接收器件 (4)（1）光敏电阻 (4)（2）PIN光电二极管 (4)（3）利用PIN光电二极管检查光信号 (6)三、测量系统设计 (8)1、整体电路设计 (8)2、光路部分 (8)3、电路部分设计 (10)（1）前置放大电路（电流/电压转换） (10)（2）电压跟随器（电压稳定） (11)（3）去直流电路（高通滤波） (11)（4）滤波电路（低通滤波） (12)（5）两级放大电路（5~50倍放大） (12)（6）负电压电路（由于用电池供电，需要负电源） (12)4、软件部分设计 (13)四、系统调试分析 (13)1、光路部分 (13)2、电路部分 (13)3、软件部分 (13)五、结论 (13)激光干涉微位移测量系统设计课程设计总结报告成员：邓伟壮 2011010736潘晗 2011010744张驰 2011010750贾希冉 2011010728一、方案要求1、设计内容基于激光干涉的方法，利用光电探测器，实现微位移的高精度测量。
设计主要包括两部分：1）方案调研、测量系统设计及分析；2）搭建系统，获取干涉条纹，条纹处理，完成微位移测量。
2、设计目标1）微位移测量精度达到微米量级；2）测量范围小于等于1毫米；3）测量结果显示。
3、设计预计实现目标1）光学部分得到可视性较好的干涉条纹2）电路部分最终输入单片机前得到方波的脉冲波形3）单片机后在LCD上显示出微测量的数值结果4）（拓展）在电脑中显示测量结果二、方案调研及原理1、光学微位移测量的几种方法光学测量方法是伴随激光、全息等技术的研究发展而产生的方法,它具有非接触、材料适应性广,测量点小、测量精度高、可用于实时在线快速测量等特点,在微位移测量中得到了广泛的应用。
基于迈克尔逊干涉仪的激光CCD微位移测量系统研究
频信 号的高速 动态采集 系统 、 微机处理 系统及干涉 图处 理软件包等 ， 基于位相调制的基本原理， 实现 了微位 移的精 确测量。与 传统测量方法相比， 其精度 、 误差、 灵敏度及稳定度都有较大提高 ， 并实现 了微位移 的全 自动测量。
关键词
线阵 Ｃ Ｄ Ｃ
位相调制
迈克尔逊 干涉仪
度 和系统 的稳定性 ， 并基 本 消除 了人 为 的计数误差 。
两束 光 的光 程 差是 激 光 半波 长 的偶 数 倍 时 ， 束相 光
互叠 加而加 强 ， 接收屏 上形 成亮条 纹 ； 在 当光 程差 是 激光 半波 长的奇数 倍 时 ， 两束光 波相互 抵 消 ， Ｃ Ｄ 在 Ｃ 上形 成 暗条 纹 。结 果 ， 束合 成 光 的强 度加 强 或 减 两 弱， 完全是 由两束 光 的光程差 来决 定 的 ， 而光 束 １的 光程 是 固定不 变 的 ， 光束 ２的光 程 则 随被 测 物体 ０
光 束 １ 迈 克尔 逊 干 涉 仪 上 的 固定 反 射 镜 Ｍ 反 射 经
位移测 量系统 的主 要代 表 。本 文 提 出一 种 以 Ｈ －ｅ ｅＮ
激光器为光源的基于位相调制原理的新型微位移测
量系统 ， 与传统 的测 量方 法相 比 ， 系统利 用 单色性 本
及波 长稳 定 性更 好 的 Ｈ － ｅ激 光器 作 为 光源 ， 别 ｅＮ 特
第 １ Ｏ卷
第 ７期
２ １ ３月 ００年
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ＿ ０ Ｎｏ ７ Ｍ ｆ． ０１ ｌｌ ． ｉ ２ ０ ｒ ＠ ２ ０ Ｓ ｉＴ ｃ ． ｇ ｇ ０１ ｃ． ｅ ｈ Ｅｎ ｎ ．
１７ —１１ （００ ７１２ －５ ６ １ ８５ ２ １ ） －６ ８ ０
a于CCD激光干涉微位移测量系统准确度分析
所 ,-./- 激光器的频率稳定度可达 # ) "( ( "# 以上， 以， 可以达到 "! + 的 位 移 测 量 误 差 从 理 论 上 讲， 因此， 本系统可以获得极高的测量准确度。 ( $ (" 0+， 另外为了防止被测物体和参考光路返回激光器 干扰激光器的输出， 反过来又使激光信号不稳定， 所 以在激光器前面加了一个光学隔离器， 此隔离器由 两者光轴夹角 $12， 激光经 起偏器和 " ! $ 波片组成， 返回再次经过时成为与 " ! $ 波片后输出圆偏振光， 初始激光偏振方向下次的线偏振光， 不能透过起偏 器进入激光， 因而排除了它的干扰。 （!） 是空气扰动、 外界振动引起条纹移动， 从而 对测量产生较大影响。 利用自己设计的紧凑的干涉 系统， 将系统放在减震台上， 能很好地解决这一问题。 系统采用波长! # ( $ )!# **! + 的 ,-./- 激光器 作为光 源，像 元 尺 寸 为 3 $ ( ! + 光谱响应范围在 （属可见光及近红外光范围） 具有 ( $ $ " " $ #! + 之间 同时， #($% 个像元的线阵 &&’ 作为条纹识别元件， 选用帧存方式实现线阵 &&’ 视频信号的高速动态 数据采集器， 配以相应的驱动、 计数及接口电路。 系统 理论分辨力约为 ( $ ((! #! 经实验测定， 实测准确度 +， 表 " 是一组对某微位移的实测数据。 +， * ( $ (((#!
第3期
赵育良等： 基于 &&’ 激光干涉微位移测量系统准确度分析
!3
由此， 后续的逻辑电路就可以根据脉冲 " 后面的 !， 相位是 # 还是 $， 便可判断是正向脉冲还是反向脉 冲， 并分别送入是加脉冲的 “门”或减脉冲的 “门” ， 这样便可实现判向的目的消除误计数， 也可以达到 抗干扰， 提高测量的稳定性的准确度。 同时， 经判向 后， 将一个周期的干涉信号变成四个脉冲输出信号， 使一个计数脉冲代表 " ! $ 干涉条纹的变化， 从而表 实现了干涉条纹的四倍 示被测物体移动量为 ! ! %， 频计数。 ! 系统准确度分析 影响激光干涉微位移测量系统准确度的因素主 要有三点： （"） 干涉条纹的拾取。 本系统采用线阵 &&’ 为 条纹自动拾取工具， 提高了系统的测量准确度并基 本消除了人为的计数误差， 传统的测量系统大都以 人眼通过示波器读取， 这样一对明暗条纹相对应被 测物体移动! ! # 的位移
实验报告激光干涉仪的原理与应用探究
实验报告激光干涉仪的原理与应用探究实验报告：激光干涉仪的原理与应用探究一、引言激光干涉仪是一种重要的光学仪器，在许多领域都有广泛的应用。
本实验旨在探索激光干涉仪的原理以及其在科学研究和工程应用中的意义。
二、原理介绍干涉是指两束或多束光相互叠加时产生的干涉条纹现象。
激光干涉仪通过干涉现象来进行测量和分析，它主要由激光光源、分束器、反射镜及检测器等组成。
1. 激光光源激光干涉仪采用激光作为光源，激光的特点是具有高亮度、高直线度和相干性。
这使得激光干涉仪能够产生清晰、稳定的干涉条纹，提高测量的准确性。
2. 分束器分束器是将一束激光分为两束的光学元件，主要分为平面分束器和楔形分束器两种类型。
分束器将激光分为参考光和待测光两束，分别经过不同的光程后再次汇合形成干涉现象。
3. 反射镜反射镜用于改变光程，通常由平面镜和反射膜组成。
它的作用是使两束光在一定程度上相遇，产生干涉现象，进而形成干涉条纹。
4. 检测器检测器用于接收干涉条纹，并将其转换为电信号。
常用的检测器有光电二极管和光敏电阻，它们能够实时、精确地检测光信号的强度变化。
三、实验步骤本实验的具体操作步骤如下：1. 准备激光干涉仪实验装置，确保系统稳定。
2. 调整激光光源，保证激光的强度和稳定性。
3. 调整分束器的位置和角度，使参考光和待测光能够汇合。
4. 调整反射镜的位置和角度，使光程差满足干涉条件。
5. 使用检测器接收干涉条纹，并将信号转换为电信号。
6. 分析和记录干涉条纹的特征和变化，根据特征判断材料的性质或研究光学现象。
四、应用探究激光干涉仪广泛应用于各个领域，以下是一些主要应用：1. 表面形貌测量激光干涉仪可以通过测量表面的高度差异来确定样品的形貌和粗糙度。
在制造业中，它被广泛用于光学元件的检测和加工过程中。
2. 材料性质研究通过测量材料中的光程差，可以获得材料的折射率、膜层厚度等相关参数。
这对于研究材料的光学特性和优化材料的性能非常重要。
3. 光学干涉实验激光干涉仪在光学教学实验中有着重要的地位。
激光干涉法微位移测量技术综述
激光干涉法微位移测量技术综述段小艳;任冬梅【摘要】激光干涉法位移测量技术具有可溯源、分辨力高、测量速度快等独特优势,是目前和近期纳米级以上分辨力位移测量的主流技术.本文对目前主要的激光干涉位移测量技术进行了分类介绍,重点讨论了高分辨力干涉微位移测量技术,并对各种干涉仪的特点进行了分析,最后展望了激光干涉位移测量技术的近期发展趋势.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】6页(P1-5,13)【关键词】微位移测量;高分辨力;可溯源;激光干涉仪【作者】段小艳;任冬梅【作者单位】中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095;中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TB921;TH744.30 引言位移是最基本的几何参量之一，其准确测量对人们从事各领域的研究和促进科学进步有重要意义。
一方面，与其它机械量相比，位移容易检测，且检测准确度高，所以常将被测对象的机械量转换为位移来检测，位移传感器也因此成为机械量传感器中最基本的传感器［1］。
另一方面，近年来纳米科技发展迅速，尤其是半导体技术、微电子技术等的迅速发展和现代制造业精度的不断提高，对微位移的测量分辨力提出了更高要求。
在诸多的微位移测量技术中，激光干涉测量技术以其可溯源、非接触测量、分辨力高等独特优势，应用极为广泛［2］。
例如:半导体工业中高精度模板的制造与定位，高精度传感器的标定等。
本文将对目前用于微位移测量的激光干涉技术进行介绍和分析。
1 目前主要微位移测量技术随着科学技术的发展，微小位移的检测手段已发展到多种，测量准确度也不断提高。
目前，高分辨力微位移测量技术主要分为包含电学、显微镜等测量方法的非光学测量技术和以激光干涉测量为代表的光学测量技术两大类。
电学测量技术又包括电阻法、电容和电感法以及电涡流法等，其中，电容和电感法发展迅速，较为常用。
目前，三端电容传感器可测出5×10-5μm的微位移，最大稳定性为每天漂移几个皮米［3］。
基于激光干涉的微小位移测量方法研究
基于激光干涉的微小位移测量方法研究激光干涉技术是一种能够高精度地测量微小位移的方法，广泛应用于各种领域，包括科学研究、工业制造和生物医学等。
本文将对基于激光干涉的微小位移测量方法进行研究，探讨其原理、应用和发展前景。
1. 方法原理基于激光干涉的微小位移测量方法利用激光光束经过分束器分为两束，分别照射到被测物体的不同位置。
其中一束光直接照射到被测物体的表面，另一束光通过反射或透过被测物体后再反射回来，两束光在接收器上发生干涉。
通过比较两束光的相位差，即可计算出被测物体的微小位移。
2. 测量系统组成基于激光干涉的微小位移测量系统主要由激光器、分束器、参考光路、被测光路、光学器件和接收器等组成。
其中激光器产生单色、相干光源，分束器将激光分为两束，参考光路和被测光路分别接收两束光，经过光学器件的干涉后，通过接收器接收干涉光信号。
3. 主要应用领域基于激光干涉的微小位移测量方法在许多领域都有广泛的应用。
在科学研究方面，可以用于材料力学性能的研究、纳米技术的发展等。
在工业制造中，可以应用于机械零部件的精度检测、光学元件的测试等。
在生物医学领域，可以用于心脏跳动、血液流动等生物信号的测量。
4. 系统改进和发展趋势基于激光干涉的微小位移测量方法在实际应用中还存在一些问题，如对环境光的敏感性、高频振动的干扰等。
为了改善系统的稳定性和精度，研究人员正在不断探索新的方法和技术。
其中，数字干涉技术和相位准确度提高技术是两个重要的改进方向。
数字干涉技术利用数字信号处理技术将干涉光信号转换为数字信号进行处理，可以提高系统的稳定性和抗干扰能力。
相位准确度提高技术通过改善光路设计和增加相位校准装置，提高系统的相位测量精度。
此外，新的光学材料和光学器件的发展也将为基于激光干涉的微小位移测量方法带来更多的应用和突破。
5. 结论基于激光干涉的微小位移测量方法是一种高精度、非接触的测量技术，在许多领域有着广泛的应用前景。
通过对系统原理、应用领域和发展趋势的研究，我们可以看到该方法在科学研究、工业制造和生物医学等方面的巨大潜力。
位移测量系统的开题报告
远距离激光挠度/位移测量系统的开题报告一、背景介绍激光挠度/位移测量技术是目前研究结构工程领域研究中的热点技术。
传统的挠度测量方法采用机械触头式位移传感器，但其在测量精度、实施过程中的影响等方面存在一定问题。
相比之下，激光测量技术具有反应灵敏度高、测量范围广、不接触被测物体、不影响被测物体形态等优点。
因此，本文拟研究一种基于激光测量技术的远距离挠度/位移测量系统。
二、研究内容本文拟研究一种基于激光测量技术的远距离挠度/位移测量系统，其具体研究内容如下:1. 设计出激光器和激光束导向装置，将激光束在传感器和被测物之间精确定向，确保测量数据的准确性和可靠性。
2. 设计出一种高精度的记录仪，以精确记录振动和位移数据。
3. 搭建实验平台，并设计合适的结构体以便于检测不同类型的结构工程。
4. 对实验平台进行校准和测试，以确保所设计的调查系统的准确度和可靠性，进而优化该系统。
5. 设计出一种可移动的激光挠度/位移测量系统，以便于对不同结构进行测量。
三、研究意义该研究的结果将在许多工程领域中得到应用，如建筑学，土木工程，计算机科学等等。
通过测量建筑物，大坝，桥梁等结构工程的振动和位移，新的可靠，准确的测量系统将改进我们对这些结构的理解，预测和维护过程的管理。
为此，该研究将有助于开发解决结构工程问题的新型工具，以提高现有技术的效率，并为未来的研究提供基础。
四、研究方法本文所研究的远距离激光挠度/位移测量系统将采用激光测量技术，以精确记录振动和位移数据。
在搭建实验平台之前，首先需要设计和制造适合于此任务的激光器和激光束导向装置，并确保其可以精确定向激光束。
然后，在设计记录仪时，需要结合精密仪器，以确保准确记录振动和位移数据。
接下来，使用所设计的结构体来建立实验平台，以便于检测不同类型的结构工程。
在实验平台校准和测试中，需要精密的操作，以确保所设计的检测系统可靠而高效。
为方便对不同结构进行测量，还需要设计一种可移动的激光挠度/位移测量系统。
激光干涉仪课程设计报告
一种高分辨率双频激光干涉仪设计双频激光干涉仪技术现状与国内外概况 (2)总体方案设计 (6)总体框图 (6)双频激光干涉测量系统组成 (6)测量电路设计 (9)1）初级光电转换 (9)2）初级调理电路 (9)3）差分转换和放大电路 (10)4）波形转换电路 (11)5）细分电路 (12)6）同步器电路 (14)7) 连续计数模块 (15)8）显示电路 (17)系统电路总图(部分连线使用网络标号) (19)软件设计 (20)1)first piece： (20)2)second piece： (20)总结与展望 (25)系统最大的特点及优势 (25)误差分析与补偿 (25)综述 (25)经验总结 (26)参考文献 (27)双频激光干涉仪技术现状与国内外概况激光具有亮度高、方向性好、单色性及相干性好等特点，随着现代科技的不断进步，激光技术已渐渐地被人们所接受和认同。
随着激光干涉测量技术日渐成熟，激光的应用领域也已十分广泛，几乎涉及到当今科技的各个方面。
尤其是在激光加工、激光测量、军事上的应用更是显现出极大的优势与潜力。
激光器的出现，使古老的干涉技术得到迅速发展。
激光干涉仪是以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量工具。
激光干涉仪有单频的和双频的两种，单频的是在20世纪60年代中期出现的，最初用于检定基准线纹尺，后又用于在计量室中精密测长。
而双频激光干涉仪的发明使激光干涉仪最终摆脱了计量室的束缚，更为广泛的应用于工业生产和科学研究中。
双频激光干涉仪是七十年代初期由美国HP公司首先推出的，至八十年代中期十几年时间内几乎垄断了世界市场。
双频激光干涉仪采用外差干涉测量原理，克服了普通单频干涉仪测量信号直流漂移的问题，具有信号噪声小、抗环境干扰、允许光源多通道复用等诸多优点，使得干涉测长技术能真正用于实际生产。
它可用于精密机床、大规模集成电路加工设备等的在线在位测量、误差修正和控制，是激光在计量领域中最成功的应用之一，也是工业中最具权威的长度测量仪器。
三维激光微位移监测系统软件研究及实现的开题报告
三维激光微位移监测系统软件研究及实现的开题报告一、选题背景和意义随着现代工业和建筑的高速发展，对结构安全和稳定性的要求越来越高。
而微位移监测系统就是一种用于对结构物进行实时监测的重要手段。
在传统的位移监测方法中，一般采用测量标线或使用传感器来实现，但是这种方法容易受到环境因素或外部干扰的影响，其精度和可靠性都不能得到保证。
而三维激光微位移监测系统则可以通过激光光束的三维扫描技术，实时获取结构物的位移信息，具有高精度、高效率和可靠性等优点，受到越来越多工程技术人员的青睐。
因此，本研究将针对三维激光微位移监测系统软件研究和实现展开深入探讨，以期在微位移监测领域作出一定的贡献。
二、研究对象和内容1.研究对象三维激光微位移监测系统软件研究及实现。
2.研究内容本研究将在以下几个方面进行深入探讨：（1）三维激光扫描原理及应用介绍三维激光扫描技术的基本原理和应用范围，分析其在微位移监测领域中的优势以及存在的瓶颈和局限性。
（2）微位移监测系统应用需求分析微位移监测系统在工程实际中的应用需求，包括系统的精度、稳定性、实时性等方面的要求。
（3）三维激光微位移监测系统的软件设计和实现结合微位移监测系统的应用需求，设计并实现一个高效、精度可靠的三维激光微位移监测系统软件，包括系统模块划分、激光扫描数据处理、位移数据分析等关键内容。
（4）系统测试与实验在实验室和现场进行系统测试和实验，评估系统的性能和可靠性。
三、研究方法和步骤本研究主要采用以下方法和步骤：（1）文献调研，了解现有研究情况和相关技术的应用状态。
（2）分析微位移监测系统的应用需求，确定系统性能和指标要求。
（3）设计和实现三维激光微位移监测系统的软件，包括系统模块划分、激光扫描数据处理、位移数据分析等关键内容。
（4）对系统进行测试和实验，评估系统的性能和可靠性。
（5）总结研究成果，撰写论文并进行相关学术交流。
四、研究预期成果本研究预期达到的成果如下：（1）深入探讨三维激光微位移监测系统的软件应用，为相关领域的研究人员提供有益的技术参考和指导。
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北京信息科技大学《专业综合实践》报告题目激光干涉微位移测量系统设计学院仪器科学与光电工程专业光信息科学与技术学号**********、744、750、728姓名邓伟壮、潘晗、张驰、贾希冉指导老师日期2015.1目录题目激光干涉微位移测量系统设计 (1)目录 (2)一、方案要求 (3)1、设计内容 (3)2、设计目标 (3)3、设计预计实现目标 (3)二、方案调研及原理 (3)1、光学微位移测量的几种方法 (3)（1）光外差法 (3)（2）电镜法 (3)（3）激光三角测量法 (4)（4）干涉法测量 (4)2、光电接收器件 (4)（1）光敏电阻 (4)（2）PIN光电二极管 (4)（3）利用PIN光电二极管检查光信号 (6)三、测量系统设计 (8)1、整体电路设计 (8)2、光路部分 (8)3、电路部分设计 (10)（1）前置放大电路（电流/电压转换） (10)（2）电压跟随器（电压稳定） (11)（3）去直流电路（高通滤波） (11)（4）滤波电路（低通滤波） (12)（5）两级放大电路（5~50倍放大） (12)（6）负电压电路（由于用电池供电，需要负电源） (12)4、软件部分设计 (13)四、系统调试分析 (13)1、光路部分 (13)2、电路部分 (13)3、软件部分 (13)五、结论 (13)激光干涉微位移测量系统设计课程设计总结报告成员：邓伟壮 2011010736潘晗 2011010744张驰 2011010750贾希冉 2011010728一、方案要求1、设计内容基于激光干涉的方法，利用光电探测器，实现微位移的高精度测量。
设计主要包括两部分：1）方案调研、测量系统设计及分析；2）搭建系统，获取干涉条纹，条纹处理，完成微位移测量。
2、设计目标1）微位移测量精度达到微米量级；2）测量范围小于等于1毫米；3）测量结果显示。
3、设计预计实现目标1）光学部分得到可视性较好的干涉条纹2）电路部分最终输入单片机前得到方波的脉冲波形3）单片机后在LCD上显示出微测量的数值结果4）（拓展）在电脑中显示测量结果二、方案调研及原理1、光学微位移测量的几种方法光学测量方法是伴随激光、全息等技术的研究发展而产生的方法,它具有非接触、材料适应性广,测量点小、测量精度高、可用于实时在线快速测量等特点,在微位移测量中得到了广泛的应用。
特别是近20年来电子技术与计算机技术飞速发展为位移的光学测量提供了有力支持,使其理论研究不断深入,并将成果逐步应用到工业生产领域。
按使用光学的原理不同分为以下几种方法：（1）光外差法光外差法是利用光外差原理,激光束通过分光束分成两束光，一束经过光频移器后，得到一个频移，作为测量光束；另一束未经频移的光束作为参考光束。
测量光聚焦在被测表面，其反射光再次经过一定频移后与参考光束会合，经偏振片相互干涉由光电接收器接收，从而获得被测表面的微位移。
这种方法的测量精度与分辨率都比较高，分辨率能达到亚纳米级，因此受到人们的普遍重视，比较适用于超精度表面的测量，但量程小、结构复杂、成本比较高。
（2）电镜法电镜法是利用电子显微镜直接得到被测表面的微位移。
但目前其产品体积大，且局限于在实验室研究使用，不能用于加工生产现场。
（3）激光三角测量法三角法测量法是种传统的测位移方法，将被测物表面与光源及接收系统摆在三个点，构成三角形光路。
其工作过程主要是:激光光源发出的光束经透镜照射被测物体表面上；光线由物体表面漫反射，一部分被光电接收系统接收。
如果物体表面高低不平，则在光电接收探测器的光敏面上的光斑有一定的移动，根据三角形相似原理可求出物体表面的位移[9]。
（4）干涉法测量干涉测量法是基于光波的干涉原理测位移的方法。
激光的出现使干涉测量位移的应用范围更加广泛。
其测量的基本原理是:由激光器发出的光经分光镜分为两束，一束射向干涉仪的固定参考臂，经参考反射镜返回后形成参考光束；另一束射向干涉仪的测量臂，测量臂中的反射镜随被测物体表面的位移变化而移动，这束光从测量反射镜后形成测量光束。
测量光束和参考光束的相互叠加干涉形成干涉信号。
干涉信号的明暗变化密度与被测测位移成反比。
因此，由光接收器件光电显微镜得到的明暗变化密度可以得出被测位移的值。
干涉法原理简单、构造容易，测量精度高，测量范围大，适用于实时动态测量而被广泛应用于位移测量。
*注：在调研的四种方法里，根据测量精度要求，最后我们选取了干涉法测量中的马赫曾德干涉作为光路部分的搭接，并对其进行改进。
2、光电接收器件（1）光敏电阻光敏电阻又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。
光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。
设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。
优点：内部的光电效应和电极无关（光电二极管才有关），即可以使用直流电源；灵敏度和半导体材料、以及入射光的波长有关；环氧树脂胶封装，可靠性好、体积小、灵敏度高、反应速度快、光谱特性好缺点：受温度影响较大；响应速度不快，在ms到s之间，延迟时间受入射光的光照度影响（光电二极管无此缺点，光电二极管灵敏度比光敏电阻高）（2）PIN光电二极管光电二极管的光探测方式有两种结构: 一是光伏模式,在这种模式下,光电二极管处于零偏状态,不存在暗电流错误!未找到引用源。
，有较低的噪声，线性好，适合于比较精确的测量；二是光导模式，在这种模式下，需给光电二极管加反向偏置电压，存在暗电流错误!未找到引用源。
，由此会产生较大的噪声电流，有非线性，通常应用在高速场合。
光电二极管的特点：(1)反向电流随入射光照度的增加而变大,在一定反向电压范围内，反向电流的大小几乎与反向电压无关；(2)在入射光照一定时，光电二极管相当于恒流源，其输出电压随负载电阻增大而升高；(3)光电二极管的暗电流错误!未找到引用源。
很小，光电流错误!未找到引用源。
较大。
光照下PIN光电二极管PN结的伏安特性为:错误!未找到引用源。
式中，错误!未找到引用源。
为PN结的反向饱和电流，V为包括外电压和光电压的实际结电压；K为玻尔兹曼常数，T为探测器的工作温度。
由式子可以得出以错误!未找到引用源。
为参量的伏安特性曲线，从图中可以看出光电二极管的反向输出电流与照强度成正比。
图2.2给出了PIN光电二极管的等效电路。
它包括光电流错误!未找到引用源。
，暗电流错误!未找到引用源。
，结电阻错误!未找到引用源。
，结电容错误!未找到引用源。
的并联。
其中暗电流对应于工作电压下没有光照时的输出电流，错误!未找到引用源。
为串联电阻，其值远小于负载电阻错误!未找到引用源。
，通常可以忽略。
图2.1 PIN光电二极管伏安特性在应用时，要求光伏探测器工作在线性范围内，因此必须保证错误!未找到引用源。
>>错误!未找到引用源。
>>错误!未找到引用源。
，器件近似以短路方式工作。
短路电流I与入射到探测器上的光功率错误!未找到引用源。
成正比，并且不受工作温度的影响。
图2.2 PIN光电二极管的等效电路（3）利用PIN光电二极管检查光信号光电二极管的输出电流信号很小(在微安级)、信号频率范围大( 从直流到1 MHz方波)。
为了提取有用信息，必须先将该电流信号变换为电压信号，然后再进一步放大。
为获得最佳的效果，在电路设计时必须考虑高增益、低噪声及宽频带的要求。
①提高响应度与输出的线性图2.3 光电转换原理图PIN 光电二极管没有内部增益(即只有单位增益)，因此他对光的响应度是不高的。
在单位增益中一个入射光子只产生一个电子的光电流。
根据波长,其最高量子效率(转换效率) 为92%。
因此在使用时必须把光电二极管输出的电信号放大。
典型的光电转换电路如图2.3所示。
电路中光电二极管工作于光导模式,可探测微弱的光，另外运算放大器可以获得高达错误!未找到引用源。
或更高的增益；因此，图2.3可有效提高光响应度。
实际上,这也是一个I-V 变换器,由于负反馈的原因,运算放大器的等效输入阻抗为:错误!未找到引用源。
式中错误!未找到引用源。
是运算放大器的开环输入阻抗，对场效应管输入的情形，错误!未找到引用源。
Ω。
错误!未找到引用源。
是开环放大倍数, 一般错误!未找到引用源。
大于106 ，将这些值代入上式可知错误!未找到引用源。
的值很小，接近于0 Ω（此时光电流与辐照光功率成良好的线性关系）。
又由于运算放大器的开环输入阻抗错误!未找到引用源。
很大(虚断) ,光电二极管的电流都流入了反馈电阻,故运放的输出电压为错误!未找到引用源。
其中错误!未找到引用源。
是光电二极管的短路输出电流,其值与辐照光功率成正比,由此可见该电路的输出电压与入射光功率成良好线性关系。
②降低噪声光电二极管、电阻及运算放大器等器件都存在散粒噪声、热噪声等。
放大器在放大光电二极管输出信号的同时将噪声也放大了，从而影响系统的分辨率。
反馈电阻错误!未找到引用源。
在输出端造成的噪声分量为:错误!未找到引用源。
带宽错误!未找到引用源。
可见，采用错误!未找到引用源。
较大的光电二极管，反馈电阻错误!未找到引用源。
较小的运算放大电路将使输出噪声减小。
随着频率的增加，错误!未找到引用源。
的作用开始表现出来，信号电流的放大倍数开始下降，转折频率为错误!未找到引用源。
而噪声电压与信号电流的幅频特性完全不同。
在直流段和较低频率时噪声电压的放大倍数为错误!未找到引用源。
随着频率的增加，噪声增益曲线首先由于错误!未找到引用源。
的作用开始升高，直至由于电容错误!未找到引用源。
的作用而停止。
在高频段，噪声增益被限定在错误!未找到引用源。
由此可见错误!未找到引用源。
越大，错误!未找到引用源。
越小，噪声的影响越小。
加入错误!未找到引用源。
可限制高频段的噪声增益。
另外由于运算放大器存在着失调电压和失调电流，且随温度的变化而变化。
虽然失调电压和失调电流在电路调整时能加以补偿，但是温度漂移的影响将在电路的输出端形成噪声。
为降低放大电路的输出噪声，需要选用输入失调电压温漂及输入失调电流温漂都较小的运算放大器，同时选用错误!未找到引用源。