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精密仪器课程设计激光干涉纳米级位移测量系统设计姓名：薛重飞学号：B10340130专业：测控技术与仪器2013年12月目录1.国内外发展现状概述....................................32.总体方案设计..........................................53.测量方法设计..........................................53.1测量方案框图.........................................................53.2测量原理.............................................................63.2.1激光干涉原理...................................................63.2.2光电传感器的信号...............................................73.2.3移相系统.......................................................93.2.4辨向及可逆计数................................................103.2.5量化细分......................................................123.2.6模数及数模转换................................................163.2.7比较器的参考电压..............................................173.3硬件电路的实现......................................................173.3.1信号整形及低通滤波............................................183.3.2单片机系统....................................................183.3.3数模模数转换芯片与单片机连接..................................193.3.4整体电路设计..................................................203.4软件程序的设计......................................................214总结及展望............................................225参考文献..............................................22激光干涉纳米级微位移系统设计1.国内外发展现状概述随着现代化国防建设、工业生产和科学技术的飞跃发展，无论是元件生产的设备正向超大型化、微型化、精密化和自动化方向发展。因此，精密测量的工作显得越来越重要。多年来单频激光干涉仪的研究主要集中在光学系统结构改良和非线性修正方面。前者的目标是通过改进干涉仪的结构，以提高系统的分辨率、重复精度以及对空气扰动、折射率波动、工作台振动等环境噪声的抗干扰能力。后者通过研究各具体干涉仪的非线性环节，提出补偿或校正策略(一般是基于软件实现)，来改善系统在整个测量范围内的线性度、重复精度等。由于缺乏概念性突破，改进干涉仪结构方面的研究未能取得显著成绩，因而非线性误差校正(或称误差补偿)成为单频激光干涉仪研究中相对较为活跃的领域[1]。RENISHAW新型单频激光干涉仪采用偏振光移相方法，获得三路位相依次相差090的光干涉信号，经光电接收并放大后，使00和090，00和090信号分别输入两个比较器电路，生成两路错相090的交变方波信号，推动可逆计数器计数。这种结构可以实现两个目的：一是去掉直流分量和实现共模抑制；二是因三个信号是完全共路的，有效地去掉了外界震动等噪声，保证了干涉仪低频的稳定性，从而实现了双频激光干涉仪的各种功能[1]。我国于七十年代开始了激光测量系统的研制，1975年由中国计量科学研究院与陕西机械学院研制出我国第一台国产双频激光干涉仪样机。量程为60m，测量精度为6105.0。到目前为止，清华大学、哈尔滨工业大学、华中理工大学等也相继开展了对激光干涉仪及相关技术的研究。哈尔滨工业大学精密仪器系九十年代研制的光电接触式干涉仪，其分辨力为m01.0，仪器的总误差为Lm810501.0(工为被测长度)。成都科技大学研制的双频激光干涉仪[1]，分辨力为nm1.0，测量不确定度为7105.2。此外，清华大学在激光调谐绝对距离的测量方面、外差干涉的相位检测电路方面，华中理工大学在声光调制外差干涉的光路方面等做了相当好的研究工作。为提高单频激光干涉仪的抗干扰性能以及测量精度，清华大学的薛实福等人研究了一种在迈克逊单频激光干涉仪的基础上采用自扫描光电二极管列阵(SSPDA)接收器件，将直流信号转换成交流信号、微处理机处理，具有波长自动补偿功能的新型激光干涉仪。实验证明它比一般单频激光干涉仪具有较高的抗干扰性及测量精...