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光杠杆纳米微位移测量系统中的信号处理

发布时间:2018-05-15 15:08 类别:购彩大厅

  引 言 位移丈量在现代丈量手艺中十分常见,而且通过对位移的丈量,能够间接检测应变,振动,加快度等多种物理量。跟着工业手艺的不竭成长,现代细密加工手艺曾经进入纳米手艺时代,位移量的丈量达到纳米、亚纳米量级,因而对丈量方式也提出了更高的要求。而响应的测试手艺也在向非接触,小型化,集成化,数字化,智能化标的目的成长。 此刻可以或许实现纳米丈量的方式次要包罗以下几种: 电学丈量手艺、显微镜丈量手艺和光学测

  位移丈量在现代丈量手艺中十分常见,而且通过对位移的丈量,能够间接检测应变,振动,加快度等多种物理量。跟着工业手艺的不竭成长,现代细密加工手艺曾经进入纳米手艺时代,位移量的丈量达到纳米、亚纳米量级,因而对丈量方式也提出了更高的要求。而响应的测试手艺也在向非接触,小型化,集成化,数字化,智能化标的目的成长。

  此刻可以或许实现纳米丈量的方式次要包罗以下几种: 电学丈量手艺、显微镜丈量手艺和光学丈量手艺。而光学丈量方式有其奇特的劣势,例如X射线干与法、外差激光干与法、激光干与法[3]等,都有很高的丈量精度。Putman 等从理论上证了然光杠杆方式与干与法具有同样的分辩率能达到 10~12m[1]。光杠杆法的长处在于布局简单,不需要参考光束,因此在空气中具有高活络度和抗空气扰动。

  本文提出一种基于光杠杆道理的光学丈量微位移方式,同时引见了一种基于该方式的微位移丈量系统,并着重描述了系统的信号处置过程。该位移丈量系统的理论分辩率为 4nm,而尝试测得分辩率小于 10nm。尝试成果表白,该系统活络度高,反复性好,布局简单,便于微型化形成 MEMS,并有较广的使用范畴。

  光杠杆丈量位移是操纵光的反射定律,对细小的角度或位移变化量进行放大,通过对放大位移的丈量,间接丈量出细小的位移变化以及变化标的目的[6]。

  该激光光杠杆放大微位移的道理如图1 所示。光学放大的部门由平面反光镜组A 和 A以及正透镜构成。此中 A 镜固定,A镜可动。A的前端是个搭钮,后端是自在端。被测物以点接触的体例触碰在A后背。正透镜位于出射光束与光电探测器之间,光电探测器位于透镜后焦面。

  光源发出的光束从 A镜端边缘以角度入射到A的自在端(入射角 3)。该光束在两平面镜间多次反射后由 A 的另一端出射(出射角为 ),映照到光电探测器上。初始位置时 A 和 A互相平行,如图 1 中实线所示,这时出射光束与探测器光敏面垂直,且出射光点位于探测器光敏面核心。当被测物体有一个细小位移L 后,动镜 A自在端被鞭策(位移量为L)。假设 A绕搭钮逆时针动弹,偏转细小角度,如图1中虚线)暗示:

  若反射次数 n、平面镜的长度L、两平面镜之间的距离D 以及入射角度 等各参数拔取恰当,K 值能够达到102以上。在激光的出射端插手一焦距为f 的正透镜,并使探测器的光敏面位于透镜的焦平面上。此时放大倍数K可写为

  系统中通过放置透镜,能够缩小光斑直径,提高测试系统的分辩率;而且增大位移量的放大倍数,增大了测试的动态范畴。

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