基于激光干涉的高精度多自由度光学传感研究

发布时间：2021-05-17 15:37

　　“天琴计划”利用长基线空间激光干涉测量由引力波引起的两自由落体状态检验质量微小间距变化,其中关键技术之一是高精度惯性传感器。目前常用的高精度惯性传感器主要基于电容位移测量,通过测量检验质量与电容极板之间耦合电容的变化来测量检验质量的姿态运动。其优点是集成度高、稳定性好、技术成熟;主要缺点在于检验质量自由活动空间小,不适用于无拖曳测量模式。电容式测量还存在较大的反馈静电力扰动,限制了检验质量的残余加速度水平。近年来,光学式传感成为惯性传感器的热门研究方向。2015年成功发射的LISA Pathfinder探测试验卫星首次利用激光干涉测量实现了5×10-15 m/s2加速度噪声水平的无拖曳测量。本论文围绕天琴计划所需的惯性传感器中检验质量多自由度的光学传感展开讨论,分析并比较了多种光学式位移和角度的测量方法,最终选择利用激光外差干涉的方式对检验质量多自由度光学传感系统进行设计。结合高精度相位测量达到了皮米级位移分辨率和纳弧度级角度分辨率,可用于天琴计划惯性传感器中检验质量的多自由度姿态传感。基于多路激光干涉测量原理,本论文研究了一套二自由度高精度测量系统,可用于空间惯性传感以及其他需要超精... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 引力波探测
    1.2 课题研究背景
    1.3 论文主要研究内容
2 高精度干涉测量系统方案设计
    2.1 激光干涉测量原理
    2.2 干涉仪系统方案概述
    2.3 方案论证
    2.4 方案比较
    2.5 本章小结
3 干涉仪系统的搭建与调制测试
    3.1 干涉仪系统模块
    3.2 测试平台的搭建
    3.3 干涉仪系统调制测试
    3.4 本章小结
4 干涉测量系统实验结果
    4.1 位移测量结果
    4.2 角度测量结果
    4.3 本章小结
5 多自由度耦合的理论分析与实验测试
    5.1 检验质量多自由度运动耦合的理论分析
    5.2 多自由度运动耦合测试系统组成
    5.3 多自由度运动耦合测试实验结果
    5.4 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士期间发表的论文
附录2 差分波前传感和光杠杆非线性响应理论推导
附录3 matlab数据处理程序
附录4 检验质量ZYGO干涉仪面形测试


【参考文献】：
博士论文
[1]星载激光稳频原理演示系统的研制[D]. 骆颖欣.华中科技大学 2016
[2]外差激光干涉仪中的高精度相位测量研究[D]. 梁浴榕.华中科技大学 2013

硕士论文
[1]十米长基线双频激光干涉测距演示系统搭建与实验研究[D]. 闫奇众.华中科技大学 2011



本文编号：3192013