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标题: 激光回馈技术在位移测量中的应用 [打印本页]

作者: jiguangdiaokeji 时间: 2008-10-10 14:57
标题: 激光回馈技术在位移测量中的应用
本文是激光刻章机和激光雕刻机制造企业的专家，根据自己多年对各类激光传感器的研究所得出的结论，希望能对接触此类技术的朋友有所启发。
位移传感器是一种测量位移的仪器，许多其他的物理量都可被转换成位移来进行测量，如机械梁的偏折、工件的厚度变化、液面的高低以及速度(加速度)的大小等，因此在航空、汽车、纳米技术、半导体(芯片制造)、现代制造以及医疗等行业都有广泛的应用。高精度、高分辨力、大测量范围的微位移传感技术一直都是国内外位移测量研究的重点。

目前，能进行位移测量的仪器种类繁多。各类仪器都具有各自的优缺点，各自在各领域各行业获得应用。其中，电感测微仪和电涡流传感器的分辨力可达0.01 mm。电容传感器的分辨力优于0.005 mm，量程为100 mm。光栅、激光原理的数显式光学仪器在分辨力最小为0.1 mm，精度最高到依1 mm，测量范围可达数米，几十米。激光干涉位移测量仪是通过计录干涉条纹数来测量位移的，在小位移测量中(几十微米)，位移测量分辨力可达l/50 (10 nm 左右)。在大位移测量中，测量范围可达几十米，相对误差为10原8耀10原6，尽管各类位移测量仪器所采用的原理不同，但其共同点都是将位移量转化为电量(电压或电流)并显示。
激光回馈位移测量的研究方兴未艾，要解决的问题很多，但最重要的是从激光器光强改变中提取出位移量。激光回馈位移测量又可以划分为：条纹计数法。条纹计数法是一种应用较早的激光回馈位移测量方法。由于回馈干涉的每一个条纹对应回馈镜或外部物体移动半个光波长，因此可以用直接记录干涉条纹移动的数量来测量位移量。当回馈光的强度达到一定量时，干涉信号为倾斜的正弦波或锯齿波，波形倾斜的方向与位移的方向相对应。由于激光强度信号包含位移的方向信息，由此可以进行位移方向的识别。另外，当激光系统处于双稳态时，利用输出信号的微分可以直接测量位移矢量。条纹计数法的优点是测量系统简单、测量量程大。缺点是分辨力较低，只有半个光波长。对He-Ne激光器632 nm 红光，分辨率仅为316 nm。相位锁定测量法。当外部物体移动时，改变光相位，激光输出的强度将波动。将激光输出信号与系统设定的参考强度进行比较，用其差值控制激光器的注入电流，引起激光频率的波动，用于补偿位移引起的信号相移。因此，注入电流可以表征位移的大小。其优点是可以消除系统机械扰动，锁定信号相位，获得稳态测量。
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