频率扫描位移绝对测量关键技术研究

发布时间：2017-12-02 02:18

  本文关键词：频率扫描位移绝对测量关键技术研究

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【摘要】：与传统干涉测量法相比,频率扫描位移绝对测量法在测量过程具有无需接触、无需导轨、无需连续测量的优势,可使干涉测量更好满足实际工业应用与计量科学的要求,进一步改善了现有激光干涉测距系统的应用范围,具有重要的理论和应用价值。本论文着重围绕频率扫描位移绝对测量法的系统测量原理、光路设计及搭建、硬件电路设计、同步数据采集系统、相位提取算法等方面进行研究,主要研究内容:首先,设计了一套干涉测量系统,即绝对距离测量系统。本测量系统通过电流调制的频率扫描方式,设计了一个参考干涉光路和一个测量干涉光路来实现同步测量。参考光路和测量光路的干涉信号分别由两个单象限光电探测器接收,并设计光电转换电路实现光电转换,作为同步数据采集的信号源。通过对半导体激光器注入电流调制特性的介绍,设计了充电和放电相对独立的驱动电路,介绍了本系统的测量原理。其次,设计了本测量系统的相位提取算法,该算法利用有效信号的极值点位置提取有效信号的相位。通过对电流调制方式的干涉信号特点的分析,通过快速傅立叶运算获取有效信号的大概周期数。利用两步差分卷积运算对采集信号进行平滑处理。通过3点插补运算获得信号极值点。利用极大值和极小值求出每点的相位信息,通过相对的相位信息进行绝对距离运算。接着,设计了基于FPGA的同步数据采集系统,实现实验数据的采集、存储和传输。该系统是利用FPGA控制AD7812芯片实现了对干涉信号的同步采集,并将采集的数据存入FPGA内部的FIFO寄存器中,并利用Nios II进行数据读取和相关数据处理,通过上位机进行实时数据显示。最后,通过设计的极值相位提取计算来完成对采集有效数据的处理,同时将实验的测量结果和双频激光干涉仪的测量结果进行验证,验证了相位提取算法的可行性和运算优势,该测试系统具有比较好的稳定性和重复性。同时,分析了实验主要误差来源。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.5

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1 王刚;频率扫描位移绝对测量关键技术研究[D];湖北工业大学;2015年

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本文编号：1243299