激光干涉微位移测量系统设计精选.doc

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 2011010736、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 3 1、设计内容 3 2、设计目标 3 3、设计预计实现目标 3 二、方案调研及原理 3 1、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 4 2、 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 8 1、 整体电路设计 8 2、 光路部分 8 3、 电路部分设计 9 （1） 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） 12 4、软件部分设计 12 四、系统调试分析 12 1、光路部分 12 2、电路部分 12 3、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 2011010736 潘晗 2011010744 张驰 2011010750 贾希冉 2011010728 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、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，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