干涉仪主动抗振系统干涉条纹抖动信号的处理(2)

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4.2 51系列单片机 15

4.2.1 单片机内部结构特点 15

4.2.2 单片机外部引脚说明 17

5 干涉条纹移动量处理电路 20

5.1 振动偏移量测量电路 20

5.2 输出电压缩小电路 22

5.3 单片机处理模数转换 22

5.4 可调谐激光器振动补偿波长选定 23

结论 26

致谢 27

参考文献 28

1 绪论

1.1 课题研究背景

光学干涉计量方法是以光的波长为计量单位的一种高精度、高灵敏度的计量测试方法。干涉仪可以高速、非接触地传输被测信息，是高精度光学测量中常用的重要仪器。20世纪70年代以来，由激光技术、电子学、计算机、精密机械与传统干涉仪的结合产生了移相干涉仪，与传统的光学干涉测试技术相比,移相干涉仪采用了数字波面相位检测技术，对波面的分析精度高(可达波长的百分之一)，可以实现自动测量。移相干涉仪的应用大大拓展了测试范围，提高了测试效率，促进了现代光学制造水平的提高。[1]

随着航空航天事业的发展,大口径的光学系统(如:卫星侦查相机、天文望远镜等)、大口径光学镜面(如:激光核聚变中使用的反射镜、窗口等)需求量不断增加。该类光学元件和系统有着相当高的精度要求,即面型要求达数十分之波长,这对检测提出了很高的要求。尽管光干涉计量技术高精高灵敏度，但它容易受到振动及气流等外界环境因素的影响，进而造成干涉条纹的抖动和漂移。振动严重时，干涉图条纹波动的幅度会很大，即使是一般的干涉计量也无法进行。为了克服振动的影响，可修建大型气垫、减振地基，但这些措施大大阻碍了干涉仪的小型化、便携化，限制了使用范围。

为了实现干涉仪的小型、便携式和在线干涉检测，有必要研究一种能自动探测振动引起的干涉条纹移动量，并能实时补偿振动引起的光程差变化的一种小型抗振装置，将其与传统的移相干涉仪相结合，形成移相自适应抗振干涉仪。

经过长时间的研究，国际上一些从事干涉测量的工作人员提出了许多抗振的方法,积极发展干涉仪的抗振技术，使得高精度高灵敏度的干涉测试不但可以适用于测试条件良好的实验室，也能在振动、气流等干扰因素多的环境中进行。比如1996年日本物理化学研究院光学工程实验室的I.Yamaguchi等人提出的SFD条纹移动探测与反馈补偿干涉仪[2]，在振动的环境中得到了比较稳定的干涉图样。再比如1999年美国亚利桑那大学光学中心与美国空间武器中心联合研制出电光调制振动补偿移相干涉仪[3]，用于美国NASA Marshall Space Flight Center校准实验室，进行航天大口径天文低温镜面的面形测试。2002年10月在上海举行的SPIE国际学术会议上，美国亚利桑那大学的J.C.Wyant教授介绍了抗振型移相干涉仪的重要进展[4]：2002年亚得桑那大学光学中心M.B.North-Morris等人提出了双折射散射板移相干涉仪[5]、以及Phase Shift Technology公司Koxiopoulos于1991年提出并在2001年得到J.E.Millerd等人改进的同步移相干涉仪[6~7]。反观国内的研究，2002年北京理工大学赵伟瑞等人也发表了“斩波式自适应移相干涉技术”的文章[8]。文献综述