多波长显微干涉的光强一致性控制方法
发布时间：2021-02-28 17:08
提出一种多波长显微干涉光强一致性的控制方法。将光强可调的白光LED作为多波长光源,在显微干涉光路中加入光强探测器,将从不同滤光片出射光的光强实时反馈到STM32单片机中,通过PID（Proportion Integration Differentiation）控制快速调整LED输出光强,实现不同波长光强的一致性,进而得到灰度分布一致的多波长干涉图像。实验结果表明,本文方法能够使不同波长的光强快速准确地稳定在设定值,将对应的不同波长干涉图像对比度误差从18%减小到2%。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(03)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
光强一致性干涉测量系统原理图
本文多波长的获得方式是利用白光光源和中心波长不一样的多种窄带滤光片组合的方式，该方式可以在不切换光源的情况下得到不同的单波长光束。白光LED一般具有较宽的光谱范围，图2为THORLABS公司生产的型号为LEDW25E的白光光源光谱图，该白光光源的波长范围为430～660nm。本文选择的三种滤光片的中心波长分别为λ1=510nm、λ2=540nm、λ3=640nm。从图2中可看出，λ3强度范围最小，以λ3为基准，通过调整光源电压，使λ1、λ2的强度与λ3一致。这三种波长的光强差异，会导致在白光光源位置及输入电压固定的情况下，通过切换不同的波长滤光片使得所产生的干涉图像对应的光强不相同，在CCD上呈现的干涉图样的亮暗程度差别很大，造成最终的计算结果存在误差。因此必须保持不同波长的光强一致性，本文采用光强实时反馈调节对白光经滤波片的干涉光光强进行控制，以保证不同波长的光强处于相对平衡状态。2.3 光强控制系统
利用光强传感器BH1750FVI检测出光强，此器件能直接输出光强值，无需标定。相较于光敏电阻，集成度高的光强传感器不需要进行模数转换，很大程度上降低了电路的复杂度[20]。将转换完成后的电信号输入到STM32单片机中，将设定的光强值r(t）与实际的光强值y(t）进行比较得到偏差e(t），通过数字PID控制得出控制量u(t），使数/模转换器（DAC）输出合适的电压值，进而控制LED驱动电路，使每种滤光片出射的光强都能稳定到设定值。观测点的光强信息由ATK-0.96OLED显示模块进行显示。系统控制框图如图3所示。LED的输入电压范围为3.2～5 V,STM32F103RCT6的DAC输出电压范围为0～3.3V。通过放大电路对3.3V电压进行放大处理。利用LM317稳压后的最终电压输出范围为1.25～7.85V，最大电流能达1.5A。通过控制DAC输出电压，可实现1.25～7.85V电压连续可调，调整精度为±0.01V，可以满足使用要求。LED驱动电路如图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM Cortex-M3光照强度监测系统设计[J]. 周金芝,杨明. 安庆师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]基于白光干涉频域分析的高精度表面形貌测量[J]. 邓钦元,唐燕,周毅,杨勇,胡松. 中国激光. 2018(06)
[3]非接触式三维重建测量方法综述[J]. 丁少闻,张小虎,于起峰,杨夏. 激光与光电子学进展. 2017(07)
[4]快速稳定的白光干涉测量法[J]. 董一帆,万新军,孟涵,解树平. 激光与光电子学进展. 2017(05)
[5]光学非球面面形非零位检测的回程误差校正[J]. 师途,臧仲明,刘东,杨甬英,种诗尧,张磊,白剑,沈亦兵,苗亮,黄玮. 光学学报. 2016(08)
[6]基于白光干涉彩色图像的微结构表面形貌测量[J]. 郭彤,李峰,倪连峰,陈津平,傅星,胡小唐. 光学学报. 2014(02)
[7]基于PID控制的照度自动控制系统[J]. 邢思锐,庄严,梁国泓. 计算机与数字工程. 2010(05)
[8]迈克耳逊干涉仪干涉条纹分析及调整[J]. 周达林,黄笃之. 大学物理实验. 2008(02)
[9]纳米级微间距的多波长干涉测量方法[J]. 沈邦兴,汪威,张海波. 光学精密工程. 2005(S1)
[10]ME MS的光学检测方法和仪器[J]. 赵旭辉,曲兴华,叶声华,何滢,宋丽梅. 光学技术. 2003(02)
硕士论文
[1]表面形貌多波长干涉测量中相移驱动及识别方法的研究[D]. 周立.湖北工业大学 2018
本文编号：3056173
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(03)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
光强一致性干涉测量系统原理图
本文多波长的获得方式是利用白光光源和中心波长不一样的多种窄带滤光片组合的方式，该方式可以在不切换光源的情况下得到不同的单波长光束。白光LED一般具有较宽的光谱范围，图2为THORLABS公司生产的型号为LEDW25E的白光光源光谱图，该白光光源的波长范围为430～660nm。本文选择的三种滤光片的中心波长分别为λ1=510nm、λ2=540nm、λ3=640nm。从图2中可看出，λ3强度范围最小，以λ3为基准，通过调整光源电压，使λ1、λ2的强度与λ3一致。这三种波长的光强差异，会导致在白光光源位置及输入电压固定的情况下，通过切换不同的波长滤光片使得所产生的干涉图像对应的光强不相同，在CCD上呈现的干涉图样的亮暗程度差别很大，造成最终的计算结果存在误差。因此必须保持不同波长的光强一致性，本文采用光强实时反馈调节对白光经滤波片的干涉光光强进行控制，以保证不同波长的光强处于相对平衡状态。2.3 光强控制系统
利用光强传感器BH1750FVI检测出光强，此器件能直接输出光强值，无需标定。相较于光敏电阻，集成度高的光强传感器不需要进行模数转换，很大程度上降低了电路的复杂度[20]。将转换完成后的电信号输入到STM32单片机中，将设定的光强值r(t）与实际的光强值y(t）进行比较得到偏差e(t），通过数字PID控制得出控制量u(t），使数/模转换器（DAC）输出合适的电压值，进而控制LED驱动电路，使每种滤光片出射的光强都能稳定到设定值。观测点的光强信息由ATK-0.96OLED显示模块进行显示。系统控制框图如图3所示。LED的输入电压范围为3.2～5 V,STM32F103RCT6的DAC输出电压范围为0～3.3V。通过放大电路对3.3V电压进行放大处理。利用LM317稳压后的最终电压输出范围为1.25～7.85V，最大电流能达1.5A。通过控制DAC输出电压，可实现1.25～7.85V电压连续可调，调整精度为±0.01V，可以满足使用要求。LED驱动电路如图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM Cortex-M3光照强度监测系统设计[J]. 周金芝,杨明. 安庆师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]基于白光干涉频域分析的高精度表面形貌测量[J]. 邓钦元,唐燕,周毅,杨勇,胡松. 中国激光. 2018(06)
[3]非接触式三维重建测量方法综述[J]. 丁少闻,张小虎,于起峰,杨夏. 激光与光电子学进展. 2017(07)
[4]快速稳定的白光干涉测量法[J]. 董一帆,万新军,孟涵,解树平. 激光与光电子学进展. 2017(05)
[5]光学非球面面形非零位检测的回程误差校正[J]. 师途,臧仲明,刘东,杨甬英,种诗尧,张磊,白剑,沈亦兵,苗亮,黄玮. 光学学报. 2016(08)
[6]基于白光干涉彩色图像的微结构表面形貌测量[J]. 郭彤,李峰,倪连峰,陈津平,傅星,胡小唐. 光学学报. 2014(02)
[7]基于PID控制的照度自动控制系统[J]. 邢思锐,庄严,梁国泓. 计算机与数字工程. 2010(05)
[8]迈克耳逊干涉仪干涉条纹分析及调整[J]. 周达林,黄笃之. 大学物理实验. 2008(02)
[9]纳米级微间距的多波长干涉测量方法[J]. 沈邦兴,汪威,张海波. 光学精密工程. 2005(S1)
[10]ME MS的光学检测方法和仪器[J]. 赵旭辉,曲兴华,叶声华,何滢,宋丽梅. 光学技术. 2003(02)
硕士论文
[1]表面形貌多波长干涉测量中相移驱动及识别方法的研究[D]. 周立.湖北工业大学 2018
本文编号：3056173
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