激光干涉测长仪课件.ppt

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1、激光干涉测长仪主要内容激光干涉测长仪的组成与基本原理如何测出位移的大小和方向光电元件与干涉条纹的几何匹配关系影响测量精度的主要因素激光干涉测长仪的种类和特点激光干涉测长仪的组成与基本原理激光干涉测长的基本光路是一个迈克尔逊干涉仪，用干涉条纹来反映被测量的信息。干涉条纹是接受面上两路光程差相同的点连成的轨迹。激光器发出的光束到达半透半反射P后被分成两束，当两束光的光程相差激光波长的偶数倍时，他们相互加强形成亮条纹；当两束光的光程相差半波长的奇数倍时，他们相互抵消形成暗条纹。激光干涉测位移大小将被测物与其中一支光路联系起来，使反光镜M2沿光束2方向移动，每

2、移动半波长的长度，光束2的光程就改变了一个波长，于是干涉条纹就产生一个周期的明、暗变化。通过对干涉条纹变化的测量就可以得到被测物的长度。被测长度L与干涉条纹变化的次数N和激光仪所用光源波长λ之间的关系是：此式是激光干涉测长的基本方程。激光干涉测长仪原理图可移动平台：它携带着迈克尔逊干涉仪的一块反射镜和待测物体一起沿入射光方向平移。由于它的平移，使干涉仪中的干涉条纹移动；光电计数器：其作用是对干涉条纹的移动进行计数；光电显微镜：作用是对准待测物体，分别给出起始信号和终止信号；激光干涉测位移大小的误差情况从测量方程出发可以对激光干涉测长系统进行基本误差分析

3、:式中分别被测长度、干涉条纹变化计数和波长的相对误差。这说明被测长度的相对误差由两部分组成：一部分是干涉条纹计数的相对误差，另一部分是波长也就是频率的相对误差。前者是干涉测长系统的设计问题，不是本节研究的内容。后者是除了与激光稳频技术有关之外，还与环境温度、湿度、气压等控制有关。激光干涉测位移的方向激光干涉测长仪在实际测位移时，由于测量反射镜在测量过场中可能需要正反两个方向的移动，或由于外界振动，导轨误差等干扰，使反射镜在正向移动中偶然有反向移动，所以在干涉仪中需设计方向判别部分，将计数脉冲分为加和减两种脉冲。当测量镜正向移动时所产生的脉冲为正脉冲，而

4、反向移动时所产生的脉冲为减脉冲，将这两种脉冲送入可逆计数器进行可逆计算就可以获得真正的位移值。如果测量系统没有判向能力，光电接收器接收的信号是测量镜正反两方向移动的总和，并不代表真正的位移值。另外为了提高仪器的分辨能力，还要对干涉条纹进行细分。为达到这些目的，干涉仪必须有两个相位差为90度的电信号输出，一个按光程的正弦变化，一个按光程的余弦变化，所以移相器也是干涉仪系统的重要组成部分。常用的移相法有机械移相、翼型板移相和偏振法移相。移相器是能够对波的相位进行调整的一种装置，利用A/D、D/A转换实现了数字移相，它是一种不连续的移相技术，但特点是移相精度

5、高。干涉条纹计数时，通过移相获得两路相差π/2的干涉条纹的光强信号。该信号经放大、整形、细分及倒向等处理，可以获得四个相位依次相差π/2的脉冲信号，若将脉冲排列的相位顺序在反向镜正向移动时定为1、2、3、4，反方向移动时定为1、4、3、2。激光干涉测位移的方向后续的逻辑电路便可以根据脉冲1后面的相位是2还是4判断脉冲的信号，并送入加脉冲门或减脉冲门，便实现了判向的目的。同时经判向电路后，将一个周期的干涉信号变成四个脉冲输出信号。实现干涉条纹的四倍频计数，相应的测量方程变为:激光干涉测位移的方向判向计数原理图移相系统：形成正弦信号和余弦信号光电接收器：将

6、接收到的光信号转变成电信号倒相：在相同频率的两个相似波形之间,形成180°的位相差微分电路：微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波，此电路的输出波形只反映输入波形的突变部分，即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。而对恒定部分则没有输出。