激光圆偏振干涉纳米位移测量信号处理方法

《激光圆偏振干涉纳米位移测量信号处理方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、浙江理工大学学报!第!"卷!第#期!$"%!年&月'()*+,-(./0123,+4563781609+3:1*;3<=>(-?!"!@(?#!51A

2、统!其中MdWK主要用于信号的采集&大数计数及与上位机通讯!S5d主要用于小数计算'位移实验结果表明(在"$C"G范围内!步长为%""+G的测量结果其线性拟合相关系数为"?&F!D!标准差为%?FF+G#在"$%#"G范围内步长为%"G的测量结果其线性拟相关系数为"?&&&$!标准差为$?&D+G'验证了所提出的干涉条纹处理方法和信号处理系统能够实现纳米级位移测量精度的要求'关键词!激光圆偏振干涉#纳米位移测量#信号处理#MdWK和S5d中图分类号!8OCE%!!!文献标志码!KK&S和直流信号噪声产生的误差#提高测量精度%(!引!言!!激光圆偏振干涉纳米位移

3、测量系统光路激光干涉仪具有测量范围大)精度高的优点#已结构被广泛应用于位移)速度)角度和直线度等方面的测'%7!(量%目前对激光干涉信号主要采用现场可编程!!激光圆偏振干涉纳米位移测量系统光路结构如门阵列"MdWK$或数字信号处理器"S5d$进行信号图%所示#激光器输出单频线偏振光#经过长轴与该'E7D(处理%在信号处理中#由于存在K&S误差和直线偏振光偏振方向成E#`角的%&E波片i%#变成圆流信号噪声#使得信号在变化率较小处引入的误差偏振光后射向偏振分光镜dL5%#被分成光强相同的较大#现在所采用的方式一般都是通过正余弦信号两路#反射分量射向参考镜R%后返

4、回#透射分量射求比值消除信号的幅值系数#并对形成的正切或余向测量镜R$返回#两者在dL5%处汇合后仍保持各'C(切函数进行相位计算+或对正余弦函数进行构建#自的偏振态%合成光经高反镜U%反射#并通过长形成一个线性函数再进行相位计算#以降低信号处轴与该线偏振光偏振方向成E#`角的%&E波片i$理的复杂度#但它会引入最大可达!X的非线性误'F(后成为两个圆偏振光#这束光经过两个普通分光镜差%大数计数采用可逆计数的大数计算方法#可以防止信号抖动引入的大数误差'&7%%(%后分成三束光#分别经过d%)d$)d!三个检偏器后由本文综合MdWK可控制高速K&S进行信号采S

5、%)S$)S!三个光电探测器接收!检偏器d%的通光集和S5d易实现复杂运算的优势#设计MdWK方向与水平方向成平行#检偏器d$的通光方向与水S5d架构的激光圆偏振干涉纳米位移测量信号处平方向成E#`#检偏器d!的通光方向与水平方向成理系统#采用正余弦切换的信号处理方法#以减小&"`%三个光电探测器接收到的信号分别为!收稿日期!$"%!B"!B$%基金项目!国家自然科学基金项目"#%$"#!D#$+浙江省自然科学基金项目"h%%%"E&#$+浙江省教育厅科研项目"h$"%"%&"&E和/S$""C""E$作者简介!章淼凌"%&FDB$#男#浙江杭州人#硕士研究

6、生#主要从事激光干涉测量技术的研究%通信作者!严利平#电子邮箱!=,+-3A3+4!V;<)?1I)?6+D&"!!!!!!!!!!!!!!浙!江!理!工!大!学!学!报$"%!年!第!"卷S%!(%XE%6(;"!Y/&E$所以正弦的信号在峰谷值附近变化率最小%由于存"%$S$!($XE$6(;"!X/&E$在K&S误差和直流信号噪声引入的误差#假设引入S!!(!XE!6(;"!X!/&E$的误差为"?"%K#峰谷处引入的误差引起的相位误式中!!^E/&&+#+表示位移量%差最大可达%"`#即引起的位移量误差最大可达&+G#在过零位置附近处引入的误差引起的相

7、位误差最大为"?#`#即引起的位移误差最大为"?#+G#所以可知在峰谷处引入的误差较大%从图$可以发现#当信号C%处于变化率最小的峰谷处时#信号C$处于变化率最大的过零位置附近#所以此处可采用信号C$来进行小数计算#从而减小K&S和直流信号噪声等引入的误差#提高测量精度%在一个周期内#信号C%和信号C$的切换点设置在/&E)!/&E)#/&E)C/&E处#其中/&E)!/&E所对应的C%的值为槡$K&$##/&E)C/&E所对应的值为B槡$K&$#如图$中4K)4L所示处%用信号C%作为判断函数#那么当C%的值大于槡$K&$或者小于B槡$K&$时切换成信号C$

8、进行计算#当C%小于槡$K&$并大于B