本文關(guān)鍵詞：基于雙光柵干涉的三維位移測(cè)量技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步,微電子制造工業(yè)、半導(dǎo)體制造工業(yè)等對(duì)位移測(cè)量技術(shù)的維度與精度要求也愈來愈高。超精密位移測(cè)量技術(shù)已成為測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)和現(xiàn)代工業(yè)中測(cè)量技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。其中,光柵位移測(cè)量技術(shù)以其高穩(wěn)定性、高分辨力、低成本的特點(diǎn)廣泛地應(yīng)用于各種超精密位移測(cè)量領(lǐng)域。目前,光柵位移測(cè)量技術(shù)得到廣泛研究,也有很多成果,但是仍存在測(cè)量維度不足,量程小的問題,因此研究一種具有多維度測(cè)量能力的高精度光柵位移測(cè)量系統(tǒng)具有重要意義。本文主要研究了一種基于雙光柵干涉的三維位移測(cè)量系統(tǒng),通過結(jié)合雙光柵干涉原理,利用組合型透射掃描光柵和二維反射標(biāo)尺光柵對(duì)入射光進(jìn)行多次分光合光,實(shí)現(xiàn)了光柵平面內(nèi)X向和Y向的位移測(cè)量,以及結(jié)合經(jīng)典邁克爾遜干涉儀原理實(shí)現(xiàn)了垂直于光柵平面Z向的位移測(cè)量。首先,本文基于嚴(yán)格耦合波矢量衍射理論建立了一維矩形光柵和二維矩形光柵的矢量衍射特性模型,對(duì)嚴(yán)格耦合波理論求解光柵衍射效率的過程進(jìn)行了推導(dǎo),仿真分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)光柵衍射特性的影響,為后續(xù)設(shè)計(jì)符合測(cè)量系統(tǒng)要求的光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)奠定理論基礎(chǔ)。其次,介紹了測(cè)量系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)。基于雙光柵干涉原理完成了X向和Y向測(cè)量的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分析了具體測(cè)量原理,并確定了掃描光柵和標(biāo)尺光柵的放置方式;基于邁克爾遜干涉儀原理完成了Z向測(cè)量的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分析了具體測(cè)量原理;最終完成測(cè)量系統(tǒng)的整體光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并針對(duì)測(cè)量原理對(duì)光柵的衍射特性和結(jié)構(gòu)形式提出了要求;對(duì)X向、Y向和Z向測(cè)量干涉信號(hào)的形式進(jìn)行了分析,并對(duì)干涉信號(hào)強(qiáng)度和位移之間的關(guān)系進(jìn)行了仿真,闡明了各方向的位移測(cè)量均實(shí)現(xiàn)了光學(xué)2細(xì)分,并且各方向之間的位移信息是獨(dú)立的,不存在耦合關(guān)系。再次,完成了測(cè)量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)�；谑噶垦苌淅碚摬⑨槍�(duì)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)了掃描光柵和標(biāo)尺光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù),并根據(jù)掃描光柵的特殊結(jié)構(gòu)形式,設(shè)計(jì)了掃描光柵和標(biāo)尺光柵的加工尺寸,以保證雙光柵能夠正常工作。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出干涉信號(hào)的采集,設(shè)計(jì)了光電檢測(cè)電路,并設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理電路,包括低通濾波電路,消除直流偏置電路等,以消除干擾信號(hào)的影響。最后,對(duì)加工的組合型透射掃描光柵和二維反射標(biāo)尺光柵的衍射特性進(jìn)行了測(cè)試,并將測(cè)試結(jié)果與理論設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析了產(chǎn)生誤差的原因;搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),完成了基于雙光柵干涉的三維位移測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試,對(duì)測(cè)量系統(tǒng)X向、Y向和Z向的測(cè)量原理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,該位移測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)維度的位移測(cè)量,并且各方向的位移信息不耦合;X向、Y向和Z向均實(shí)現(xiàn)了光學(xué)2細(xì)分,不進(jìn)行電學(xué)細(xì)分時(shí),X向和Y向的分辨力為2√2μm,Z向的分辨力為λ/2,在本文中即為0.32μm,與理論設(shè)計(jì)相符。
【關(guān)鍵詞】：雙光柵干涉 位移測(cè)量 矢量衍射理論
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外光柵位移測(cè)量的研究現(xiàn)狀分析11-20
• 1.2.1 國外光柵位移測(cè)量的研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.2 國內(nèi)光柵位移測(cè)量的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.3 光柵位移測(cè)量的研究現(xiàn)狀分析19-20
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第2章 光柵衍射特性分析22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 矢量衍射理論22-23
• 2.3 一維矩形光柵衍射特性求解23-27
• 2.3.1 建立各區(qū)域電磁場(chǎng)表達(dá)式24-25
• 2.3.2 建立耦合波方程組25-26
• 2.3.3 利用邊界條件求解26-27
• 2.4 二維矩形光柵衍射特性求解27-32
• 2.4.1 建立各區(qū)域電磁場(chǎng)表達(dá)式28-29
• 2.4.2 建立耦合波方程29-30
• 2.4.3 利用邊界條件求解30-32
• 2.5 仿真分析32-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第3章 測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)36-41
• 3.2.1 X向和Y向光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37-39
• 3.2.2 Z向光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39-40
• 3.2.3 整體光學(xué)結(jié)構(gòu)40-41
• 3.3 各方向干涉信號(hào)分析41-48
• 3.3.1 X向和Y向干涉信號(hào)分析41-47
• 3.3.2 Z向干涉信號(hào)分析47-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第4章 測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)50-63
• 4.1 引言50
• 4.2 光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)50-57
• 4.2.1 掃描光柵參數(shù)設(shè)計(jì)50-54
• 4.2.2 標(biāo)尺光柵參數(shù)設(shè)計(jì)54-56
• 4.2.3 光柵加工尺寸設(shè)計(jì)56-57
• 4.3 硬件檢測(cè)電路設(shè)計(jì)57-60
• 4.3.1 光電檢測(cè)電路設(shè)計(jì)58-60
• 4.3.2 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)60
• 4.4 輔助機(jī)械元件設(shè)計(jì)60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 第5章 測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與分析63-71
• 5.1 引言63
• 5.2 光柵衍射實(shí)驗(yàn)63-64
• 5.2.1 掃描光柵的衍射分析63-64
• 5.2.2 標(biāo)尺光柵的衍射分析64
• 5.3 測(cè)量系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)64-70
• 5.3.1 測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建64-66
• 5.3.2 X向和Y向原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)66-69
• 5.3.3 Z向原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)69-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果75-77
• 致謝77

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 劉曉e

本文編號(hào)：387266