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时间:2020-09-11
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1、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31、设计内容32、设计目标33、设计预计实现目标3二、方案调研及原理31、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3(4)干涉法测量42、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81、整体电路设计82、光路部分83、电路部分设计9(1
2、)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)11(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)124、软件部分设计12四、系统调试分析121、光路部分122、电路部分123、软件部分12五、结论12激光干涉微位移测量系统设计课程设计总结报告成员:邓伟壮潘晗张驰贾希冉一、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、
3、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
4、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
5、,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
6、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
7、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
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