激光外差多普勒二次谐波测厚方法研究

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1、、?交Masterof墼塾gi堕竺呈￡i塾gByXieWeniun．ThesisSupervisor：ProfessorLUCeneslsotessorenMay，2010㈣8¨¨¨i●■l激光外差多普勒二次谐波测厚方法研究摘要玻璃质量的一个重要指标就是玻璃厚度。目前应用较广泛的玻璃厚度测量方法，可以满足一般玻璃厚度测量的要求，但是在精度要求比较高的玻璃厚度测量方面，以及玻璃制品生产的在线监测等方面，应用这些方法基本不能实现测量。目前可以实现这类特殊测量的方法成本比较高，不适合推广。应用激光外差技术和激光多普勒技术相结合的激光外差多普勒测量方法可以实现玻璃厚度的高精度检测和在线监测，但是在测

2、量较薄玻璃的厚度时，由于玻璃厚度较小，导致一次频差太小而不易被检测，所以本文提出应用二次谐波测量方法，检N--次差频，以实现薄玻璃厚度测量。二次谐波测量方法应用激光多普勒效应，使得经多普勒振镜反射后的激光的频率随时间的变化而变化，频率变化后的激光照射到玻璃，由于玻璃厚度存在，使得激光在玻璃前表面的反射光与其之前时刻经后表面反射一次或多次并到达前表面的激光光程不等，所以各束激光是由振镜在不同时刻反射的，其频率不同。各束激光于玻璃前表面混合产生混频信号。光电探测电路将接收到的混合光信号转化为电信号，滤波放大后，得N--次谐波差频电信号，由信号处理电路对此电信号进行快速傅里叶变换，抓取主频获得二次

3、谐波频差，从而计算得到玻璃厚度。本文根据方法的理论计算，对测量系统进行MATLAB仿真，仿真结果分析表明方法对玻璃厚度小于lmm的测量误差范围为±O．006mm，相对误差最大值为6％。结合前期的实验研究，对激光外差多普勒一次差频测厚方法测量系统的设计以及实验结果进行分析。得出结论：测量系统中多普勒振镜的振动能引起光电探测器接收到的差频信号光的频率变化；待测玻璃的厚度的大小与光电探测器接收到的频率相关，信号光频率随玻璃厚度变大而增加。关键词：玻璃厚度测量，激光测量，激光多普勒，激光外差测量technologycanachievethehigher-accuracymeasurementandt

4、omonitorthethicknessofthinnerglassonline，butitcannotachievethemeasurementofthickerglassbecausethethicknessiStoosmall，thefrequencydifferencebecometoosmalltobedetected．ThereforethesecondharmonicmethodusinglaserheterodyneandlaserDopplerisusedtomeasurethefrequencydifferenceofsecondharmonicandgetthethic

5、knessofglass．InthemeasurementmethodofsecondharmonicLaserDopplerEffectiSusedtomakethefrequencyoflights，whicharereflectedbyDopplershakingmirror,changingwiththetime．Ⅵmilelaserisirradiatingtheglassvertically,thelightsarereflectedbythefrontandthebackofglass．Whenmeyreachtheglass’frontatthesametime，thedif

6、ferentfrequenciesofthelightsaremixed．Theinformationofglass’thicknessisprovidedbythemixedlasersignalwhichisreceivedbythephotoelectricdetectorandconvertedtoelectricalsignal．T。heelectricalsignalprocessingcircuitwillfinishthefilteringandtheamplification．BytheFFTofthemixedsignal，themainfrequencyisacquir

7、edandthedifferencefrequencyofsecondharmoniccomesout．Accordingtotheformula，themeasurementofglass’thicknesswhichiSlessthanlmmisachieved．Thetheoryandthemeasurementsystemofthismethodareintroducedindetailsinthis