基于激光自混合干涉的角度测量方法研究

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随着精密制造的飞速发展,高精度、低成本和便捷化的角度测量成为新的研究热点。本文根据现代高精密测量技术的需求,研究了激光自混合干涉工作原理与角度测量标准,提出了基于激光自混合的角度测量方法。与现有角度测量方法进行比较,激光自混合干涉效应具有结构紧凑、操作简单、成本低等优势,是实现高精度、高分辨率角度测量方法的重要手段,适用于非接触环境下的精准测量。主要进行了以下的研究工作:(1)本文以精密的角度测量方法为研究背景,为解决现有角度测量系统结构复杂、测量范围受限的问题,提出了结合激光自混合干涉技术与几何关系计算的方法,实现高精度角度测量。根据激光自混合干涉角度测量数学模型,通过Matlab软件进行仿真实验,分析了线宽展宽因数和光反馈水平因子对自混合干涉条纹的影响。(2)该方法以平行光束作为关键条件,通过测量两束平行光在自混合干涉光路中的光程差变化量,结合几何关系计算出角度值。因此,根据检测光斑位置标定光束平行度的原理,设计了光斑位置检测装置,该检测装置能够在微米量级范围内检测光斑位置,降低激光平行度对角度测量结果的影响。(3)本文搭建了激光自混合干涉的角度测量装置。首先,为提高条纹计数法的准确性,分析了自混合干涉条纹中存在噪声的类型,并利用混合滤波器滤除存在干扰的噪声,实现了自混合干涉条纹的优化。其次,根据实际测量中调制电流与反射体速度对自混合干涉信号的影响,寻找到调制电流与反射体速度的最优值进行角度测量。最后,为了保证角度测量装置的准确性与稳定性,通过重复性实验验证了测量结果符合实际测量要求。实验结果表明,本文所设计的基于激光自混合干涉的角度测量方法在1度角度范围内测量精度可达10-3度,测量分辨率可达10-4度,具有测量精度高、测量装置结构简单、操作便捷等优点,满足精密测量所需的标准,具有一定的实际应用价值。
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