激光干涉纳米位移测量系统设计(课程设计)

激光干涉纳米位移测量系统设计

总体构思及方案确定：

一、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。

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。

总结：经过比较，选用干涉法测量。

二、激光干涉纳米位移测量系统由硬件和软件两部分组成。硬件电路包括光路部分、光信号检测部分、信号处理及计数处理部分、显示部分。系统使用He-Ne激光器作为光源，用激光干涉的方法随位移的变化产生条纹变化，采用CCD作为条纹拾取元件，配以去噪装置、条纹判向电系统及条纹细分系统，最后由计算机处理数据，得出被测物的位移量并显示。

驱动电路控制接口被测量CCD 去噪处理整形比较计数器计算机

显示

1、主要内容涉及：完成基于激光干涉测位移的原理分析；提出激光干涉式微位移测量系统的设计方法；完成该系统机械结构和相关电路设计；有可能的话完成该测量系统的程序设计，仿真调试最终完成整个自动位移测量系统。

2、各部件：

激光干涉测位移的原理图：

去噪处理部分：CCD接收的光信号不是光滑的正弦信号，经过去噪部分能使其信号变为较标准的正弦信号。

条纹判向技术装置：在微位移实际测量过程中，由于外界干扰，会使被测物体产生正反两个方向的移动，故为了不使计数器产生误计数，必须对被测物体的位移方向进行

判别，从而实现可逆计数。