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1、-范文最新推荐-1 / 20STC89C54 单片机 PSD 的光点移动量测量系统的研究摘要移相干涉术（PSI）是一种高精度、高灵敏度、高空间分辨力的非接触式光学测量方法，已经广泛地应用于一些与光程差参数相关的物理量的测量。但也正因为高精度和高灵敏度的原因，它易受环境振动的影响。环境振动是移相干涉仪测量误差的主要来源之一。本论文着重介绍了移相干涉仪抗振技术的研究进展及存在问题，并在深入了解干涉原理及干涉图的基础上，选用光电位置传感器（PSD）作为光电探测器件，探测干涉条纹的抖动量。系统由 PSD、电流-电压变换电路、运算放大电路及单片机组成。系统根据干涉条纹在 PSD 光敏面上的位置变化，输出
2、不同的电流，经单片机处理可以显示条纹移动量和方向，从而给后续的振动补偿提供有用的数据。这里，选用51S 单片机开发板，用的单片机芯片是 STC89C54。经过测试，系统适用于 100Hz 以下的振动。 关键词移相干涉抗振 PSD 单片机 STC89C54毕业设计说明书（论文）外文摘要 6431TitleThe development of measurement system of lightspots jitter based on PSDAbstractPhase-shifting interferometry (PSI), as a high-precision,high-sensiti
3、vity,high-spatial resolution non-contact optical measurement method, has been widely used in physical measurement with the optical path difference parameters.But also because of the high- precision and high-sensitivity reasons,it is vulnerable to the impact of environmental vibration,ambient vibrati
4、on is a major source of phase-shifting interferometer measurement error.This paper focuses on the phase-shifting interferometer vibration technology progress and problems.And in-depth understanding of the interference principle and the interference pattern on the basis of the choice of the optical p
5、osition sensor(PSD) as a -范文最新推荐-3 / 20photodetector,to detect the interference fringes jitter. By the PSD, the current - voltage conversion circuit, operational amplifier circuits and single chip. The system output different current based on interference fringes in the PSD photosensitive surface of
6、 the position change. The fringe shift amount and direction of the single-chip processing, in order to provide useful data to the subsequent vibration compensation.Here,I select 51S microcontroller development board,with the SCM chip,is STC89C54.After testing,the system for vibration below 100Hz. 3.
7、3.1PSD 光电位置探测器原理 113.3.2 基于 PSD 的干涉条纹移动量检测方法 124 实验系统设计 144.1 条纹检测电路设计 144.1.1PSD 光电探测器 144.1.2I/V 转换放大电路 154.1.3 低通滤波电路 164.1.4 加减法电路 174.1.5 判向电路 174.1.6 位移测量电路 184.2 单片机编程显示电路 205 实验结果及分析 235.1PSD 位置传感器测量 235.2 滤波电路特性分析 235.3 放大电路频率响应 25-范文最新推荐-5 / 205.4 单片机编译显示结果 25结论 27致谢 28参考文献 291 绪论1.1 课题研究背
8、景现代光学制造产业的迅猛发展与光学检测技术的不断完善和更新是密切相关的。传统的光学干涉检测是采用目视或照相方法对干涉条纹进行估读，根据干涉条纹的变形来评价被检波面的面形误差(波差) 或被检光学系统的成像质量。一般地，目视估读精度为λ/10，而且所估读的条纹变形还包含了干涉仪自身的系统误差，并非完全是被检波面的实际误差。采用照相方法记录干涉条纹，在照片上通过寻找每条条纹的中心位置来评估条纹的变形，可以把波差的判读精度提高到λ/20 一λ/30，但这种评估方法实际仍包含干涉仪的系统误差及照相物镜的畸变。另外，在干涉测量过程中大气扰动、环境振动等随机影响也会
9、引入误差，这些误差限制了传统光学制造工艺水平的进一步提高。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【1.2】 ，它的特点是: 正如其他检测仪器一样，移相干涉仪的性能和检测精度也受到一些因素的影响，主要的系统误差源有【3】：(a)激光光源的稳定性。(b)干涉仪光学元件的质量。(c)移相器的非线性。(d)探测器噪声。-范文最新推荐-7 / 20(e)环境因素。事实上，移相干涉仪的误差只有很少一部分来自干涉仪本身，绝大多数误差来自于环境。由于移相检测的高灵敏度，环境的振动和空
10、气扰动会严重影响干涉图的采集。通常，空气扰动可通过给干涉仪加上外罩的办法来消除。较难解决的是环境振动对干涉仪的影响。移相干涉仪对环境振动特别敏感，大多数干涉测试工作应该在实验室防震光学平台上进行。但是，目前有越来越多的场合需要检测、校准大中型光学件或光学系统(如大口径天文望远镜的主镜、长焦距透镜等)，这时测试光程比较长，被测件和干涉仪不能放在同一个防震台上，无法进行实验室条件下的光学干涉测试。另外，很多光学制造厂家要求能用干涉仪对光学加工件进行在线车间检测，这对传统的干涉仪使用范围提出了新的挑战。因此，如何消除干涉测量中环境振动的影响，实现车间现场或某些特殊情况下的光学测试，是当前光学干涉测试
11、领域的主要研究课题之一。目前，西方先进国家积极发展干涉仪的抗振技术，使高精度、高灵敏度的干涉测试，不但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。例如，1996 年日本物理化学研究院光学工程实验室的 I.Yamaguchi 等人提出了 SFD 条纹移动探测与反馈补偿干涉仪【4】 ，在振动的环境中得到了比较稳定的干涉图样。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了一套电光调制振动补偿移相干涉仪【5】 ，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
12、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【6】：2002 年亚得桑那大学光学中心 M.B.North-Morris 等人提出的双折射散射板移相干涉仪7、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8.9。国内，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10。 -范文最新推荐-9 / 20在移相干涉测量中，振动引起的移相及相位测量误差(包括
13、线性误差和高次谐波误差) 可以通过算法进行一定程度的修正。这些算法有的能对参考光束的移相线性误差进行自校正【11】或对移相误差进行线性近似【12】 、积分近似【13】 ，有的可以对因振动、光强不稳定以及移相不均产生的非线性误差进行补偿【14-19】 。2.2 硬件技术：几种典型的抗振型移相干涉技术2.2.1 快速采集干涉图法该方法就是通过快速移相以及缩短干涉图采样时间，将整个过程的时间缩短到远远小于环境振动周期，从而明显减小振动对干涉测量的影响。其典型代表是D.Colucci 等人提出的视频位相采集系统 20以及 Cole提出的基于高速移相与 CCD 快速采样的振动补偿方法21。这类方法虽然装
14、置简单易于实现，但是由于受到 CCD 帧频的限制，测量速度难以进一步提高，只能对低频振动有较好补偿效果。2.2.2 同步移相干涉测量技术常见的移相干涉仪都是分时采集各帧移相干涉图的，这样就不可避免地要受到环境振动的影响。若能同时快速采集具有恒定移相步长的各帧干涉图，则可从根本上避免环境振动对移相步长的影响。基于此想法，Phase Shift Technology 公司的 Koliopoulos 于 1991 年提出了同步移相干涉术(SPSI) 22。同步移相干涉术采用偏振分光和移相薄膜技术，用四部 CCD 摄像机同时采集相互移相π/2 的四幅干涉图，然后通过这四幅干涉图计算出位相分布图，可以得到被测表面面形。系统要求使用带高速电子快门的 CCD 摄像机和高功率激光管，对光学及电子器件的要求极为严格，使得系统价格十分昂贵，控制也较为复杂。近几年来，南京理工大学的左芬等人也实现了利用光栅分光的同步移相干涉测量23-26。2006 年，J. E. Millerd 等提出了一种利用短相干光源光程匹
