在微電子、精密儀器制造甚至整個產(chǎn)品加工和工業(yè)技術(shù)的精度要求越來越高的今天,高精度的納米測量技術(shù)越來越受到重視。而位移量作為最基本的物理量之一,對位移量的精密測量顯得尤為重要,其應(yīng)用場合也十分廣泛。其中,光學(xué)干涉的位移測量方法因其具有高分辨率、高精度、非接觸等優(yōu)點在高精度位移測量中得到廣泛應(yīng)用。但是,現(xiàn)有的光學(xué)干涉測量方法對環(huán)境干擾敏感、難以進行在線測量,以及對被測表面的反射率有要求,難以對低反射率表面的物體進行測量。針對現(xiàn)有光學(xué)干涉位移測量方法的不足,本論文提出并試驗了一種適用于從低到高各種反射表面的物體進行在線測量的光纖高精度位移干涉測量系統(tǒng)。系統(tǒng)中包含兩個光纖Mach-Zehnder干涉儀。兩個激光器發(fā)出的兩個不同波長分別用于穩(wěn)定光纖Mach-Zehnder干涉儀和測量被測物體的位移。一個波長的光通過干涉儀形成干涉信號,這個信號通過反饋控制系統(tǒng)補償光纖Mach-Zehnder干涉儀因受到外界干擾的影響而產(chǎn)生光程的波動,從而使得光纖Mach-Zehnder干涉儀具有很強的抵抗環(huán)境干擾的能力,因此該系統(tǒng)適用于在線測量。另一波長的光從被測物體反射回來,重新進入干涉系統(tǒng)實現(xiàn)對被測物體的位移... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２強度調(diào)制型位移傳感器原理

出光纖發(fā)射的光的強度可以根據(jù)被測量的狀態(tài)（物體位移）被調(diào)制，攜帶調(diào)制信息??的光信號被反射回輸出光纖進入光電探測器。因此，通過判斷輸出光纖中光強的值??就能夠計算得到反射面與光纖端面之間的位移量。其簡化后的結(jié)構(gòu)原理圖如圖１－??２（ａ）所示。進行照明和檢測的傳感器既有單光束也有多光束的，這里只是選取最簡??單的情形。??物體表面?變嘗‘‘光峰??輸入光纖?Ｉ?ｒｆ?Ｌ??高反射???ｈ?／?＼??低反射???＿?／?＼幻坡??輸出光纖?＇輸出光纖鏡像?丨??（ａ）?（ｂ）?距離??圖１－２強度調(diào)制型位移傳感器原理。（ａ）反射式位移傳感器原理圖??（ｂ）反射式位移傳感器的響應(yīng)曲線??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?ｆｉｂｅｒ?ｏｐｔｉｃ?ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ?ｓｅｎｓｏｒ?ｆｏｒ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ??（ａ）?Ｔｗｏ－ｆｉｂｅｒ?ｓｅｎｓｏｒ，?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ?ｏｂｊｅｃｔ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??（ｂ）?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｓｉｇｎａｌ?ｖｅｒｓｕｓ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｆｏｒ?ａｎ?ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ－ｂａｓｅｄ?ｆｉｂｅｒ?ｏｐｔｉｃ??ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?ｓｅｎｓｏｒ??通常，基于強度的傳感器將具有與圖１－２?（ｂ）中所示的響應(yīng)曲線。響應(yīng)的特點??是零信號在零距離和大距離處，光強度在靠近光纖尖端的一個特定距離時達到最??大。這種現(xiàn)象可以由簡單的幾何和光線跟蹤模型圖理解，考慮到被照明區(qū)域和接收??區(qū)域在物體表面的重疊部分，以及照明的物體表面和檢測光纖接收區(qū)之間形成的??立體角。因此

廣泛應(yīng)用于干涉測量、地形測量、光學(xué)對準（線性和角度傳感）和實驗力學(xué)中心１７］。??基本上，該技術(shù)需要兩個周期性或準周期性結(jié)構(gòu)接觸放置或一個投影到另一個，其??原理圖如圖１－４，將兩個光柵刻線的間距相等的線性光柵平行重合放置，保證兩者??盡量靠近且光柵線平行但兩者又保持一定的小的夾角時，就會在近似垂直柵線的??方向上出現(xiàn)明暗相間的莫爾條紋，莫爾條紋的明暗變化通常由ＣＭＯＳ傳感器（相??機）來捕捉。物體移動帶動光柵移動，傳感器輸出的電信號為含有光柵位移值的近??似正弦信號，經(jīng)過運算放大器放大為合適大小的電壓值，在經(jīng)過整形電路整形成方??波，最后微分得到脈沖信號，它的一個周期對應(yīng)一個莫爾條紋的間距，也就是說物??體移動了一個柵距［１８－２０］。周期數(shù)乘以柵距就可以計算處光柵移動的實際位移值。由??于傳感器捕捉的是光強的變化，為了盡可能提高信噪比，必須讓光強的正弦信號的??峰峰值盡量大。那么必須使兩個光柵間距很小并且穩(wěn)定的移動。但是在光柵相對運??動的過程中，本身就會帶來振動，產(chǎn)生誤差，同時要求光柵與外部密封隔離，防止??由于外部污染物引起的測量過程的可能變形。兩個光柵之間距離變小

【參考文獻】：
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本文編號：2943014