单频干涉精密距离测量关键技术研究

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1、StudyonKeyTechnologiesofPreciseDistanceMeasurementbyHomodyneInterferometryBy-ZIIAOSu．WenADissertationSubmittedtoGraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofSignalandInformationProcessingXi’anInstituteofOpticsandPrecisionMechanicsChinese

2、AcademyofSciencesMay,2012科研道德声明IIIIIIIIIIIIIIIIIIlY2431737秉承研究所严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中所引用的内容都己给予了明确的注释和致谢。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。一申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：逮墓圭乏日期‰丛望：墨：圣三知识产权声明本人完全了解中科院西安光学精密机械研究所有关保护知识产权的规定，即：研究生在所攻读学位期间论文工作的知识产权单位系中科院西安光

3、学精密机械研究所。本人保证离所后，发表基于研究生工作的论文或使用本论文工作成果时必须征得产权单位的同意，同意后发表的学术论文署名单位仍然为中科院西安光学精密机械研究所。产权单位有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；产权单位可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：盥日期：为fz肛导师签名：越导师签名：立凰日期：丝：量：丝．一摘要大量程、高精度的单频激光干涉精密距离测量关键技术的研究课题具有重要的现实意义。该技术是非接触测量中的关键和前沿技术之一，在纳米测量、生物工程、材料科学、微电子以及超精加工

4、等领域有广泛的应用前景，对我国国防工业和国民经济的发展具有重要意义。本文的主要工作和创新性包括以下几个方面：1，基于干涉仪理论，对干涉仪系统的误差源及其补偿方法进行分析和研究。利用单频干涉仪信号特点，提出了一种利用共轭抑制进行光路设计的方法，可对干扰噪声进行有效抑制，从而提高信号测量的精度。基于琼斯矩阵原理，建立单频干涉仪的光路数学模型，对光路进行分析计算，并分析了波片、偏振分光棱镜、激光源等多个参数对测量结果的影响，对干涉仪光学系统的优化设计具有指导意义。2，根据跟踪仪目标移动的速度要求，设计出一种低噪声响应带宽高的电路。实验表明，在目标以4m／s的较高速度移动时，系统对其检测精

5、度可达微米量级，与低速运动时相同，达到跟踪仪系统的指标要求。3，根据跟踪仪的跟踪特性，提出了一种实时性较高的跟踪状态测量方法。对测量过程中存在的断光、偏光以及目标静止做出有效的区分和鉴别，并实时传递给上位机，从而保证上位机跟踪系统的实时处理和跟踪功能。4，提出了一种干涉信号的细分方法，实现对非正交信号的准确细分。通过跟踪两路干涉信号的交点，对信号周期进行浮动式分段，来准确跟踪两路信号间的相位差，实现精确细分。此法可使计数不受信号直流电平漂移和高频扰动的影响。分析了细分倍数和ADC位数与该方法可以处理的干涉信号相位差极限的关系。采用该技术细分法，使单频干涉精密距离测量系统具有更强的环

6、境适应性和抗干扰能力，更适用于工程现场应用。5，提出并验证了一种能在线实时修正干涉信号“三差”的修正方法。传统的误差修正方法因计算量大，存在着只能对信号进行离线修正的问题。该方法能大幅度减小计算量，从而使得干涉信号的三差得到实时修正。经验证，采用该修正方法，可以使单频干涉精密距离测量在自然环境中得到纳米量级的测量精度。关键词：单频干涉仪精密测距跟踪细分误差修正Abs仃actTheresearchtopicoflargerange，high．precisiondistancemeasurementbvhomod，7neinterferometryhasimportantpractic

7、alsignificance．Thetechnologyhasbroadapplicationprospectsinthefieldofsuperfinishing，microelectronics，MEMS，nano。measurement，etc．IthasgreatsignificanceforthedevelopmentofOurnationaleconomyanddefenseindustry．Thedissertationconductedthorough