测量光束的角漂量抑制技术研究
发布时间：2022-09-21 20:25
激光束由于其本身固有的优良特性,在高精密测量与加工领域中是十分重要的测量手段。但由于各种原因,测量光束本身存在不稳定的漂移,严重影响了激光测量的精度。影响激光束漂移的因素主要包括激光器及其固定架的热变形,测量环境中的空气扰动以及光路系统的机械稳定性。对漂移形式可以等效的分为角漂与平漂,通过凸透镜可以实现平漂与角漂的分离检测。在此基础上,本文提出了基于PZT（压电陶瓷）的主动抑制测量光束角漂的方法,基于Labview与MATLAB分析了执行器的动态特性,得到了其传递函数,最后搭建实验平台,实现了对测量光束角漂的抑制。首先,针对于实验中测得的数据存在大量高频噪声问题,进行了频谱分析,发现高频噪声集中在10HZ以上。基于此,本文进行了数字滤波器的设计,应用椭圆滤波器和滑动均值滤波器后,实验中测得的数据的噪声得到了大幅下降。然后,基于PZT控制反射镜的俯仰角以及摆偏角,运用齐次变换法,建立了PZT伸缩量与反射光线的方向向量之间的数学模型。设计并加工出PZT调整反射镜的执行机构装置,并对该执行机构进行了标定实验。接着,将执行机构系统简化为PZT系统与调整架系统的串联。分别分析了PZT系统与调整架...
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 测量光束漂移抑制技术的研究现状
1.2.1 干涉/衍射法
1.2.2 双光束法
1.2.3 差分补偿法
1.2.4 单模光纤法
1.2.5 共路光补偿法
1.2.6 反馈控制法
1.2.7 自适应补偿法
1.2.8 参数模型法
1.3 激光测量光束的方向偏转执行器的研究现状
1.4 本课题的主要内容及其来源
2 激光光束漂移测量与补偿系统研究
2.1 激光束漂移产生的原因
2.1.1 激光器自身热漂移
2.1.2 空气折射率变化引起的漂移
2.1.3 大气湍流引起的漂移
2.2 激光束漂移量检测原理及其分类
2.2.1 光电检测原理
2.2.2 光束漂移形式
2.2.3 光束漂移分离检测方法
2.3 激光测量光束的漂移抑制系统的组成
2.4 本章小结
3 数字滤波器设计
3.1 数字滤波器设计
3.1.1 双线性变换法
3.1.2 离散时间巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器
3.2 滑动平均滤波设计
3.3 本章小结
4 基于压电陶瓷PZT的角漂抑制执行器设计
4.1 反射镜空间姿态调整的数学模型建立
4.2 PZT调整架的动态特性分析
4.2.1 PZT特性分析
4.2.2 调整架动态特性分析
4.3 PID控制系统实现及其参数整定
4.3.1 PID闭环控制算法子程序
4.3.2 基于继电反馈的PID参数整定
4.4 控制系统中的软件实现
4.5 本章小结
5 漂移抑制实验搭建及实验结果与分析
5.1 PZT调整架的封装
5.2 总体实验光路装置
5.3 QPD的标定
5.3.1 QPD2的角度标定
5.3.2 QPD3的直线度标定
5.3.3 QPD1的角度标定
5.4 角漂抑制实验结果及分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于贝叶斯推理的激光光斑漂移特性[J]. 朱东济,蔡红维,高蓉. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[2]激光光线漂移补偿方法综述[J]. 翟玉生,耿利杰,李阳,吕冬冬,李金涛,柳文龙. 激光杂志. 2015(09)
[3]二维位移测量中激光漂移实时补偿方法研究[J]. 黄向东,于文波,谭久彬. 光电子.激光. 2014(02)
[4]高精度动载体激光发射系统光束控制反射镜[J]. 王恒坤,张国玉,郭立红,刘廷霞,王兵,郭汝海. 光学精密工程. 2013(02)
[5]车载激光系统光束控制反射镜角位移测量装置[J]. 王恒坤,张国玉,郭立红,王兵,韩旭东,郭汝海. 光学精密工程. 2012(07)
[6]基于共路光线漂移补偿的直线度测量[J]. 由凤玲,冯其波,张斌. 光学精密工程. 2011(03)
[7]空间激光通信精跟踪单元的高精度快速PZT驱动技术研究[J]. 任斌,佟首峰,宋延嵩,陈安松. 仪器仪表学报. 2011(02)
[8]快速反射镜两轴柔性支承设计[J]. 鲁亚飞,范大鹏,范世珣,张智永,周擎坤. 光学精密工程. 2010(12)
[9]一种基于光线漂移补偿的导轨角度误差测量方法[J]. 由凤玲,张斌,冯其波. 北京交通大学学报. 2009(06)
[10]A new method for measuring laser beam straightness error based on common-path compensation[J]. 由凤玲,冯其波,张斌,翟玉生,曹睿,方恒楚. Optoelectronics Letters. 2009(05)
博士论文
[1]基于靶标反馈的自准直光束漂移抑制技术研究[D]. 敖磊.哈尔滨工业大学 2008
[2]大气中离散随机介质的波传播和散射特性研究[D]. 孙贤明.西安电子科技大学 2007
[3]快速控制反射镜结构及其动态特性的研究[D]. 王永辉.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]继电反馈PID控制器参数自整定及其应用[D]. 王健.东北电力大学 2016
[2]叠堆型压电陶瓷特性测试及建模[D]. 曹江.哈尔滨工业大学 2013
[3]大视场光电准直仪的准直测量精度研究[D]. 白建明.西安电子科技大学 2010
[4]快速反射镜机械结构特性设计问题研究[D]. 鲁亚飞.国防科学技术大学 2009
[5]新型继电辨识自整定控制器的研究与设计[D]. 王萍.上海交通大学 2007
[6]一种共路补偿激光漂移方法及实验研究[D]. 党敏.北京交通大学 2007
本文编号：3680606
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 测量光束漂移抑制技术的研究现状
1.2.1 干涉/衍射法
1.2.2 双光束法
1.2.3 差分补偿法
1.2.4 单模光纤法
1.2.5 共路光补偿法
1.2.6 反馈控制法
1.2.7 自适应补偿法
1.2.8 参数模型法
1.3 激光测量光束的方向偏转执行器的研究现状
1.4 本课题的主要内容及其来源
2 激光光束漂移测量与补偿系统研究
2.1 激光束漂移产生的原因
2.1.1 激光器自身热漂移
2.1.2 空气折射率变化引起的漂移
2.1.3 大气湍流引起的漂移
2.2 激光束漂移量检测原理及其分类
2.2.1 光电检测原理
2.2.2 光束漂移形式
2.2.3 光束漂移分离检测方法
2.3 激光测量光束的漂移抑制系统的组成
2.4 本章小结
3 数字滤波器设计
3.1 数字滤波器设计
3.1.1 双线性变换法
3.1.2 离散时间巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器
3.2 滑动平均滤波设计
3.3 本章小结
4 基于压电陶瓷PZT的角漂抑制执行器设计
4.1 反射镜空间姿态调整的数学模型建立
4.2 PZT调整架的动态特性分析
4.2.1 PZT特性分析
4.2.2 调整架动态特性分析
4.3 PID控制系统实现及其参数整定
4.3.1 PID闭环控制算法子程序
4.3.2 基于继电反馈的PID参数整定
4.4 控制系统中的软件实现
4.5 本章小结
5 漂移抑制实验搭建及实验结果与分析
5.1 PZT调整架的封装
5.2 总体实验光路装置
5.3 QPD的标定
5.3.1 QPD2的角度标定
5.3.2 QPD3的直线度标定
5.3.3 QPD1的角度标定
5.4 角漂抑制实验结果及分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于贝叶斯推理的激光光斑漂移特性[J]. 朱东济,蔡红维,高蓉. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[2]激光光线漂移补偿方法综述[J]. 翟玉生,耿利杰,李阳,吕冬冬,李金涛,柳文龙. 激光杂志. 2015(09)
[3]二维位移测量中激光漂移实时补偿方法研究[J]. 黄向东,于文波,谭久彬. 光电子.激光. 2014(02)
[4]高精度动载体激光发射系统光束控制反射镜[J]. 王恒坤,张国玉,郭立红,刘廷霞,王兵,郭汝海. 光学精密工程. 2013(02)
[5]车载激光系统光束控制反射镜角位移测量装置[J]. 王恒坤,张国玉,郭立红,王兵,韩旭东,郭汝海. 光学精密工程. 2012(07)
[6]基于共路光线漂移补偿的直线度测量[J]. 由凤玲,冯其波,张斌. 光学精密工程. 2011(03)
[7]空间激光通信精跟踪单元的高精度快速PZT驱动技术研究[J]. 任斌,佟首峰,宋延嵩,陈安松. 仪器仪表学报. 2011(02)
[8]快速反射镜两轴柔性支承设计[J]. 鲁亚飞,范大鹏,范世珣,张智永,周擎坤. 光学精密工程. 2010(12)
[9]一种基于光线漂移补偿的导轨角度误差测量方法[J]. 由凤玲,张斌,冯其波. 北京交通大学学报. 2009(06)
[10]A new method for measuring laser beam straightness error based on common-path compensation[J]. 由凤玲,冯其波,张斌,翟玉生,曹睿,方恒楚. Optoelectronics Letters. 2009(05)
博士论文
[1]基于靶标反馈的自准直光束漂移抑制技术研究[D]. 敖磊.哈尔滨工业大学 2008
[2]大气中离散随机介质的波传播和散射特性研究[D]. 孙贤明.西安电子科技大学 2007
[3]快速控制反射镜结构及其动态特性的研究[D]. 王永辉.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]继电反馈PID控制器参数自整定及其应用[D]. 王健.东北电力大学 2016
[2]叠堆型压电陶瓷特性测试及建模[D]. 曹江.哈尔滨工业大学 2013
[3]大视场光电准直仪的准直测量精度研究[D]. 白建明.西安电子科技大学 2010
[4]快速反射镜机械结构特性设计问题研究[D]. 鲁亚飞.国防科学技术大学 2009
[5]新型继电辨识自整定控制器的研究与设计[D]. 王萍.上海交通大学 2007
[6]一种共路补偿激光漂移方法及实验研究[D]. 党敏.北京交通大学 2007
本文编号：3680606
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3680606.html
