新激光ppt课件第九章激光在精密测量中的应用.ppt

误差1m分散的直接测尺频率方式选定的测尺频率?s是直接和测尺长度Ls是相对应的。例如选用两把测尺Lsb＝10m、Lsl＝1000m，则相应选用的测尺频率为令：集中的间接测尺频率方式是采用一组数值接近的调制频率，间接获得各个测尺的一种方法。假定我们用两个频率为?s1和?s2的光波分别测量同一距离d，则有：误差1cm则有：式中Ls可以认定一个新的测尺长度，其相应的测尺频率为:式中的??正是用?s1和?s2的差额?s＝?s1－?s2的光波测量距离d时所得到的位相尾数，由上式知??正好等于用频率为?s1和?s2的光波测量d时得到的位相尾数之差??1－??2。相位差的测量差频测相原理如图中的电路部分。设主振信号为该信号发射到外光路经过一定距离的传播后相位变化了，该信号被光电接收放大后变为设本振信号为输送到参考混频器与和混频，在混频器的输出端分别得到差频参考信号和测距信号分别为：经过差频后的低频信号输入相位差计进行比较就可以检测出相位差。9.4激光准直及多自由度的测量一、激光准直仪1.激光准直仪的原理和结构激光束横截面上的光强分布是“高斯分布”，光束的能量大部分集中在有效半径为的截面内。由于中心光强最大，所以光束分布中心连线可以构成一条理想的准直基准线。TEM00光束远场发散角2?的公式为：为了便于控制和提高对准精度，一般的激光准直仪都采用光电探测器来对准，因此准直仪的基本组成有如下几个部分。激光准直仪的基本组成方框图2.发射光学系统激光准直仪的发射光学系统是一个倒置的望远镜，如图。如果，分别为高斯光束入射和出射该望远系统的光束发散角的话，令该望远系统对高斯光束的发散角压缩比为，则有激光准直仪光学系统结构示意图根据圆孔的夫琅和费衍射理论可知,一个直径为D的圆孔所造成的衍射角(即光束发散角的一半)为由于衍射效应,出射光束发散角还与物镜孔径有关.3.光电目标靶激光准直仪的光电目标靶通常用的是四象限光电探测器，如图。四象限光电探测器原理图下图是激光准直仪测量机床导轨不直度的示意图。4.激光准直测量的应用举例：不直度的测量机床导轨不直度的激光准直测量原理示意图二、激光衍射准直仪1.利用激光的单色性，让激光束通过一定图案的波带片，产生便于对准的衍射图像，从而提高精度。这种利用衍射原理的激光准直仪叫激光衍射准直仪。激光衍射准直仪的原理结构图2.波带片是一块具有一定遮光图案的平玻璃片．教学理念中心特色中心成果中心地位中心案例对外交流一、干涉测长的基本原理1.激光干涉测长的基本光路是一个迈克尔逊干涉仪,如图,用干涉条纹来反映被测量的信息。两束光的光程差可以表示为2.被测长度与干涉条纹变化的次数和干涉仪所用光源波长之间的关系是3.从测量方程出发可以对激光干涉测长系统进行基本误差分析9.1激光干涉测长除了迈克尔逊干涉仪以外，激光干涉测长系统还包括激光光源，可移动平台，光电显微镜，光电计数器和显示记录装置。迈克尔逊干涉仪是激光干涉测长系统的核心部分，其分光器件、反射器件和总体布局有若干可能的选择。干涉仪的分光器件原理可以分为分波阵面法、分振幅法和分偏振法。分振幅平行平板分光器和立方棱镜分光器偏振分光器(由晶轴正交的偏光棱镜组成如沃拉斯顿棱镜)。二、激光干涉测长系统的组成干涉仪中常用的反射器件:平面反射器、角锥棱镜反射器、直角棱镜反射器、猫眼反射器.激光干涉仪的典型光路布局有使用角锥棱镜反射器的光路布局。6.移相器也是干涉仪测量系统的重要组成部分。常用的移相方法有机械移相，翼形板移相，金属膜移相和偏振法移相。机械法移相原理图7.干涉条纹计数时，通过移相获得两路相差π/2的干涉条纹的光强信号，该信号经放大，整形，倒向及微分等处理,可以获得四个相位依次相差π/2的脉冲信号。判向计数原理框图三、激光外差干涉测长技术1.外差干涉仪：在干涉仪的信号中引入一定频率的载波，使被测信号通过这一载波来传递，干涉仪能够采用交流放大，隔绝外界环境干扰造成的直流电平漂移。利用该技术的干涉仪就为外差干涉仪,或交流干涉仪.2.产生干涉仪载波信号的方法有两种即:3.双频激光干涉仪的光路如图，其中氦氖激光器上沿轴向施加以磁场，由于塞曼效应激光被分裂成有一定频率差的左旋偏振光f1和右旋偏振光f2光外差干涉准外差干涉4.测量反射镜运动产生的多普勒频移为测量镜的位移量的计算四、激光干涉测长应用举例1.激光测角的原理与小角度干涉仪类似,都是采用三角测量原理。被测的转角为：激光测角原理示意图1:偏振分光