Гетеродинная лазерная интерференционная система для измерения линейных перемещений с анизотропным акустооптическим преобразованием частоты света

• Автор: Гришин, Сергей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 200 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

1.1. Применение интерференционных методов измерений

1.2. Анализ гомодинных методов лазерной интерферометрии

1.3. Гетеродинные методы лазерной интерферометрии: особенности и

преимущества

1.4. Стабилизированные лазеры для гомодинных и гетеродинных ЛИИС

1.5. Анализ методов цифровой фазометрии

1.6. Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕТЕРОДИННОЙ ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
2.1. Принцип построения гетеродинной лазерной интерференционной
системы для измерения линейных перемещений
2.2. Математическая модель преобразований и структура погрешности
разрабатываемой ЛИИС
2.3. Исследование параметров источника когерентного излучения
2.4. Исследование геометрических погрешностей
2.4.1. Косинусная погрешность
2.4.2. Погрешность Аббе
2.4.3. Погрешность «мертвого» хода
2.4.4. Перекрытие оптических пучков
2.4.5. Расходимость оптического излучения
2.4.6. Согласование фронтов
2.5. Исследование акустооптического преобразования
2.6. Исследование поляризационной погрешности

2.6.1. Отклонение коэффициентов пропускания и отражения
поляризационного светоделителя от идеальных
2.6.2. Поворот осей поляризационного светоделителя
2.6.3. Эллиптичность лазерного излучения
2.7. Влияние параметров окружающей среды
2.8. Исследование оптоэлектронного преобразования
2.9. Исследование (разового преобразования
2.10. Бюджет неопределенности ЛИИС
2.11. Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ГЕТЕРОДИННОЙ ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЛИНЕЙНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
3.1. Экспериментальные образцы гетеродинных ЛИИС
3.2. Анализ акустооптического преобразования
3.3. Электронный тракт преобразования измерительной информации
3.4. Электронные узлы преобразования измерительной информации
3.4.1. Фотоприемник с предусилителем
3.4.2. Драйвер АОМ
3.4.3. Узел компараторов
3.4.4. Узел контроля уровня измерительного сигнала
3.4.5. Накапливающий фазометр
3.4.6. Коммуникационный узел
3.5. Метрологический анализ фазоизмерительного канала
3.6. Экспериментальный образец ЛИИС А2
3.7. Коллинеарное сличение ЛИИС А2 и ЛИИС XL
3.8. Проверка функционирования ЛИИС на больших базах
3.9. Разработка программного обеспечения ЛИИС
3.10. Выводы
ГЛАВА 4. ПУТИ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ГЕТЕРОДИННОЙ ЛАЗЕРНОЙ
ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

4.1. Направления дальнейшего развития ЛИИС
4.2. Применение ЛИИС для измерения других геометрических величин
4.2.1. Измерение угловых перемещений
4.2.2. Измерение отклонений от прямолинейности
4.2.3. Измерение отклонений от перпендикулярности
4.2.4. Измерение отклонений от плоскостности
4.3. Использование зеркал в качестве подвижных отражателей ЛИИС
4.4. Конструктивные способы уменьшения геометрических погрешностей для
прецизионных измерений перемещений
4.5. Применение полупроводниковых лазеров
4.6. Динамические погрешности ЛИИС
4.7. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А. М-ФАЙЛЫ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В ЛИИС
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ
ЭЛЕКТРОННЫХ УЗЛОВ ЛИИС
ПРИЛОЖЕНИЕ В. СВЕДЕНИЯ О ВНЕДРЕНИЯХ И АПРОБАЦИИ РАБОТЫ

серийных измерительных системах.
Во втором случае используется расщепление спектральной линии усиления излучения лазера при приложении к резонатору аксиального магнитного поля (эффект Зеемана). Максимальная разность оптических частот (разностная частота) составляет не более 4 МГц, что ограничивает скорость контролируемых перемещений на уровне 1 м/с. Ограничение скорости отражателя не только влияет на производительность измерительных операций, но и на их точность, поскольку сложно в течение длительного промежутка времени поддерживать неизменные условия измерений.
Первые гетеродинные ЛИИС перемещений, основанные на данном способе формирования разночастотных оптических полей, были разработаны компанией Hewlett-Packard (Agilent Technologies) и доказали свою эффективность при контроле параметров станочного оборудования. Однако лазер на основе эффекта Зеемана имеет недостаток, связанный с влиянием на разностную частоту внешних магнитных полей в условиях технологического производства, обусловленных работой мощных приводов станков и другими причинами.
Поэтому активно развивалось второе направление, связанное с внерезонаторным - внешним преобразованием оптической частоты известными способами (электро- и акустооптическим [25, 26,45]).
К недостаткам электрооптических преобразователей частоты относятся сложность получения частотных сдвигов в мегагерцовом диапазоне, необходимость применения высоковольтных радиочастотных генераторов, большая неравномерность частотной характеристики [25, 26]. Поэтому более перспективным выглядит применение акустооптических преобразователей частоты (АОПЧ). Диапазон акустооптического взаимодействия составляет от единиц до сотен МГц, мощность возбуждения составляет от долей до единиц Ватт. Частота измерительного сигнала кратна частоте возбуждения ультразвука. Это позволяет устанавливать любое значение частоты измерительного сигнала, оптимальное с точки зрения дальнейшей цифровой обработки, выбором частоты генератора ультразвука. Принцип работы АОМ в режиме дифракции Брэгга на