激光外差干涉

1、激光外差干涉測位移15測控（3+2）蔣煒2015430340007激光外差干涉：由光學(xué)系統(tǒng)接收到的分為兩束具有頻率差、方向相反的偏振光Fl和F2.經(jīng)過1/4波片后成為兩個相互垂直的線偏振光，激光經(jīng)過分光鏡分成兩路，其中一束經(jīng)過透射后射向光電探測器，其頻率為fs，成為信號光束；另一個穩(wěn)頻激光器輸出的一束激光也經(jīng)過分光鏡分為兩束，其中一束經(jīng)過分光鏡反射后射向光電探測器，并稱為本機(jī)振蕩光束。路經(jīng)過偏振片1后頻率為f1-f2,作為參考光束，另一路經(jīng)偏振分光鏡后又分為兩路分別僅含f1和f2的光束。當(dāng)可移動反射鏡發(fā)生位移變化時，僅含f2的光束經(jīng)過可移動反射鏡后成為含有丘±少的光束。曲為多普勒頻移

2、量，包含可移動反射鏡的位移信息。這路含有A-A.f的光束由固定反射鏡的反射回來的僅含f1的光束經(jīng)過偏振片2匯合頻率為f1-（f2士M），作為測量光束。計詢圖1雙頻激光十渉儀須理圖當(dāng)這兩書光束滿足干涉條件時，在兩束光經(jīng)過各自的傳播軌跡后在分光鏡下面發(fā)生干涉，（在無線電中叫做混頻，在這里稱為光混頻），光電探測器只能響應(yīng)直流分量和差頻（Fs-Fl）分量（也稱中頻Fif）。用一個中頻放大器選出差頻分量，于是輸出端得到正比于差頻分量的光電流。在經(jīng)過信號處理可以測出Fif=Fs-Fl的值。因為Fl是已知的，所以測出Fif也就等于知道了Fs。外差探測實質(zhì)上就是兩束相干光干涉的測量。在干涉儀中，測量光的光程變

3、化量是移動鏡位移量的2倍，由光速c。移動鏡的移動速度v,得到多普勒頻移量為激光的波長值為人，頻率的時間積分為周期數(shù)N,則移動鏡的位移量為Axvd光電探測器R與M處接收光的相位差"卩與頻移差關(guān)系為Ax%雙頻激光干涉儀通過頻率的變化測量位移，位移變化量只與頻差fl-f2或相位差卩相關(guān)，頻差fl-f2為固定值且為交流信號，不會產(chǎn)生直流電平漂移現(xiàn)象,所以抗干擾能力強(qiáng)，常應(yīng)用于高精度測量系統(tǒng)中。一：光路ZK:中頻放大器>_中頻輸出圖：光頻外差探測器光路結(jié)構(gòu)信號分光鏡r5(0/£/JL-一本振弁申探測器圖2外建式激光干涉儀示意圖二：光電轉(zhuǎn)換部分光電轉(zhuǎn)換部分的主要器件就是光電檢測器

4、。可以將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。并可以經(jīng)過計算機(jī)或者單片機(jī)進(jìn)行信號采集處理。三：電路處理激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光作為參考信號，首先被一個光電探測器轉(zhuǎn)換為參考電信號。由于對信號處理方式不同，所用電路也有很大區(qū)別。其中Hou等利用參考干涉儀測量非線性誤差;Badami等利用恒定速度的方法測量非線性誤差；例如EOM等用鎖相放大器對參考信號和測量信號的相位進(jìn)行積分,實現(xiàn)測量。常用的處理外差干涉信號方法有兩種:一種是頻率域信號解調(diào)法,這種信號處理方法利用鎖相環(huán)電路進(jìn)行電子倍頻細(xì)分,可提高測量分辨率;另一種信號處理方法則是相位解調(diào)法。當(dāng)外差干涉儀的測量鏡移動時,測量光束的空間光程發(fā)生變化,從而引起了外差干

5、涉信號的相位變化,利用相位檢測法,測量出相位變化,即可測量出位移。此電路可以在移動反射鏡時發(fā)生的變化，對移動的干涉條紋進(jìn)行計數(shù)。以求出測量距離。除了在干涉儀中采用光學(xué)倍頻法提高測量的分辨率外,還必須在電信號處理過程中利用電子倍頻,提高干涉儀的分辨率。閏PIT1L麹率相減IM1fcl,11Ni惜Pl上基于基于頻率相減法激光外差干涉儀光電信號處理框圖相位解調(diào)法：相位解調(diào)法是高精度外差干涉儀常用的信號處理方法。當(dāng)外差干涉儀的測量鏡移動時,測量光束的空間光程發(fā)生變化,從而引起了外差干涉信號的相位變化。相位測量是將該信號與干涉儀的參考信號進(jìn)行比相,測量出測量信號的相位變化,即測量出被測量的大小。FPGA

6、（單片機(jī)）法處理信號：目前國內(nèi)外常用的外差干涉儀的信號處理方法有:頻率解調(diào)法和相位解調(diào)法以及在這兩者基礎(chǔ)上發(fā)展而來的混合法。頻率解調(diào)法實質(zhì)上將干涉儀測量系統(tǒng)中可移動棱鏡運動產(chǎn)生的多普勒頻移轉(zhuǎn)換成正負(fù)脈沖，該脈沖記載著測量信號的變化量，然后送入可逆計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)值經(jīng)數(shù)據(jù)處理后即得測量結(jié)果。相位解調(diào)法即相位測量法，相位測量法可分為廣義和狹義兩種，狹義的相位測量是指不滿整周期相位差的測量，廣義的相位測量包括整數(shù)相位差測量和不滿整周期的小數(shù)相位差測量?；旌戏存i相倍頻計數(shù)法（頻率解調(diào)法）與小數(shù)相位差測量（相位解調(diào)法）相結(jié)合的測量方法。先對參考信號和測量信號進(jìn)行對頂錯位脈沖消除處理，然后再計數(shù)，這樣大大減小了送