STC89C54单片机PSD的光点移动量测量系统的研究(5)
时间:2017-03-08 22:29 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
Freschi等人在1995年提出了机械式光学相位调制与同步检波锁相干涉仪，原理图如图2.2所示[28]。 图2.2 机械式主动抗振技术系统 通过光电探测器获得振动信号，经过反馈信号控制系统反馈给压电陶瓷PZT，控制PZT补偿环境振动引起的相位误差，来实现干涉条纹锁定在预设的位置上。 机电反馈式主动抗振成本低、工程化容易，使其对干涉仪的振动带来很好的补偿，干涉测量得到更高的精度。但是由于PZT的特性，对于较高频率的振动PZT不能进行有效的补偿，这种方法适合用于100Hz以下的振动，不适合应用于大口径干涉仪。 2.2.5 声光、电光调制反馈式 为了测量大型光学元件，需要构建一个能抑制振动的移相干涉仪。利用晶体的声光、电光效应，光通过晶体时，激光的频率发生变化或者晶体的折射率改变，从而改变干涉信号的位相，通过控制晶体的折射率或者激光的频率，来补偿由于外界振动所产生的位相改变，从而达到稳定干涉图的目的。 1997年Cole等人根据声光调制（AOM）原理，利用AOM不仅对光波频率进行高频阶梯调制，实现条纹位相探测和移相干涉测量，并将其用作主动补偿元件，在大光程差干涉仪中实现了对振动所造成的光程变化的自适应补偿[10]。系统原理图如图2.3所示。系统是利用晶体的声光效应，激光通过晶体时频率会反生变化，由此来改变干涉光束的相位，以此来补偿振动带来的干涉光束的相位的变化，达到抗振的目的。系统只能用于长光程差不等程干涉。又由于一级衍射光的强度随AOM出射频率的变化而变化，需要对光强进行实时校正，并且干涉条纹的对比度也会明显的降低。 图2.3 声光调制主动抗振系统 北京理工大学赵伟瑞等人在声光调制系统的基础上提出了斩波式自适应干涉仪，系统中的移相测量光路和振动探测、补偿光路是分离的，使干涉图样条纹的对比度和系统信噪比都得到提高[29]。 考虑到声光光频调制的局限性，1999年Hunyu Zhao等人提出了一种将偏光干涉仪与电光位相调制、反馈、移相结合起来的抗振方案[30]。其原理与声光调制反馈式类似，图2.4为其原理图。只是用作补偿的电光器件是通过改变光的o光和e光的光程差来达到补偿振动的目的。在这个方案中同样有两套移相系统：一套是高速调制移相系统，负责振动的测量和补偿。另外一套也是低频积分型移相系统，它能使干涉图产生一个0—2π斜线上升的相位变化，在这个过程中CCD采集数幅干涉图，通过计算可以得到被检表面的面形。系统主要受限于高频调制引起的条纹对比度的下降和光电探测器的光电响应特性。这种系统是目前比较理想的抗振干涉系统之一。 图2.4 电光调制器(EOM)作为振动补偿与移相器的抗振型干涉仪 2.2.6 半导体激光器反馈式 半导体激光器（LD）具有稳定的单模输出、频率可调、寿命长、体积小、价格低廉等特点，是一种很好的干涉仪光源。LD光频调制是通过用电流调制等方式进行调制，使半导体禁带宽度发生变化，输出一束频率经过调制的激光。利用LD输出光频特性的线性区域，通过控制注入电流使振动造成的相位变化减小为零[31]。 半导体激光器反馈式的局限是其输出功率随注入电流变化而变化，注入电流变化还会引起激光器温度变化等问题，同时光波频率调制还会降低干涉条纹的对比度，半导体激光器线宽较宽，故仅适用于短光程差干涉测量。 3 光点移动量（干涉条纹抖动量）的测量原理与方法 对于进行时域和空域相位调制的移相干涉仪而一言，较强的低频环境振动(这里指幅频积小于100waves•Hz的振动)将破坏相位调制过程，以至无法进行移相干涉图的采集和处理，得不到正确的波面恢复结果。有鉴于此，本章在介绍移相干涉仪工作原理的基础上，提出采用基于PSD测振的自适应抗振系统，利用PSD探测条纹移动量，然后通过电路及单片机等硬件处理的方法对振动的影响进行显示，已便于后面控制驱动PZT进行位移补偿，最终获得稳定的干涉图。 (责任编辑：qin) |