【摘要】：隨著超精密、集成電路、MEMS等加工制造技術的深入發(fā)展,對位移測量技術帶來了更大的挑戰(zhàn)。而在眾多的位移測量技術中,激光干涉位移測量技術由于具有測量精度高、范圍大和米溯源性等優(yōu)點而被廣泛應用,其中典型的激光干涉測量技術包括激光單頻(零差)干涉法和激光雙頻(外差)干涉法。零差干涉法相較于外差干涉法不存在光源非正交及橢偏化引起的偏振和頻率混疊,且結構簡單、測量精度高,成為目前的研究熱點。但是零差干涉法中干涉信號的直流漂移、幅值變化和相位非正交引起的測量誤差制約了其測量精度的提高。為了解決上述零差干涉法中存在的問題,進一步提高零差干涉位移測量精度,本文提出了一種基于電光相位調制器的雙零差干涉納米位移測量技術,進行大范圍、高精度的位移測量。首先詳細推導了電光相位調制雙零差干涉納米位移測量原理,設計了系統(tǒng)的光路結構,將位移測量變換為兩套干涉儀的相位差測量。分別提出了基于線性相位調制的時域過零鑒相相位差測量方法和基于正弦加三角波復合相位調制的反正切相位生成載波(PGC-Arctan)解調方法。在線性相位調制雙零差干涉儀的信號處理系統(tǒng)中,設計了零相位濾波器對干涉信號進行預處理,以及基于LabVIEW的相位差檢測上位機處理程序。在正弦加三角波復合相位調制雙零差干涉儀的信號處理系統(tǒng)中,設計了基于FPGA+ARM的PGC-Arctan的相位解調系統(tǒng),并利用橢圓擬合進行非線性誤差的補償。為了驗證所提出的電光相位調制雙零差干涉納米位移測量方法的可行性,對雙零差干涉系統(tǒng)進行搭建和調試,針對兩種調制方式分別進行了相應的信號處理測試實驗和位移測量實驗。在線性相位調制信號處理方法中,相位差測量穩(wěn)定性實驗表明在6個小時內相位差每分鐘變化約0.2~°,符合實驗測量要求。以精密納米定位臺位置作為參考,納米級位移測量實驗的位移誤差均值和標準偏差都不超過1 nm;微米級位移測量實驗的位移誤差均值在1 nm范圍內,位移誤差標準偏差在1.42 nm~3.21 nm范圍內。以商業(yè)干涉儀Agilent 5519A作為參考,毫米級位移測量實驗的位移誤差均值在-0.046μm~0.107μm范圍內,位移誤差標準偏差在0.032μm~0.287μm范圍內。在正弦加三角波復合相位調制信號處理方法中,橢圓擬合實驗驗證了所設計的基于FPGA+ARM的4參數(shù)橢圓擬合模塊的有效性和準確性,橢圓擬合的實時擬合速率為12.05μs。PGC-Arctan相位解調中正交信號實時修正的必要性實驗和對比實驗體現(xiàn)了橢圓擬合修正技術對相位解調中非線性誤差的補償效果。非線性誤差實驗結果表明所設計的雙零差干涉儀非線性誤差低于0.1 nm。以商用的Renishaw XL80干涉儀作參考的毫米級步進位移測量實驗結果表明:最大位移差值為-60.5 nm,標準偏差為27.4 nm。以上實驗結果驗證了提出的電光調制雙零差干涉納米位移測量方法的可行性和有效性。 【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN761

【圖文】：

圖 1.3 采用消偏振分光鏡和沃拉斯頓棱鏡的零差激光偏振干涉光路結構 ar T 等人提出將一種增強型的橢圓擬合算法用于雙探測器的零差正交激光信號處理系統(tǒng)中[12]，光路結構如圖 1.4 所示。

5圖 1.4 采用雙探測器的零差正交激光偏振干涉儀結構，將原來的四正交探測簡化為正交探測，進而減少了算法，，可以擬合出兩路正交干涉信號的直流偏置、交流修正，最終將非線性誤差降低到 1 nm。該橢圓擬合算

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本文編號：2712128