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光栅尺标定系统的设计及仿真.docx
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2022-12-15
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光栅尺标定系统的设计及仿真.docx
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近年来,由于航空航天工业、集成电路制造、纳米科学研究等领域的迅速发展
[1]
,各
种精密位移测量仪器层出不穷。激光干涉仪和光栅尺测量系统是能够同时满足大量程和高
分辨率的位移测量手段
[2]
,其中光栅尺是以光栅栅距为测量基准的位移测量系统,在光栅
栅线方向上的位移表达式是关于栅距的函数,在垂直方向上的位移表达式是关于波长的函
数,因此光栅尺受环境影响较小。同时,光栅尺拥有测量光程短,形成的测量光路对称等
优点。近年来,光栅尺已成为超精密位移测量领域中的研究热点。
位移测量系统的标定是设计、制造和使用位移测量系统的一个重要环节,任何位移测
量系统在制造、装配完毕后都必须对设计指标进行标定试验
[3]
,这是对位移测量系统质量
和性能的一个保证。鉴于此,用激光干涉仪对设计的光栅尺进行标定,设计了一套结构来
完成激光干涉仪对光栅尺的标定,并通过分析模态仿真结果、谐响应结果完善结构设计,
达到减振的目的。
1. 双频激光干涉仪测量原理
线位移测量原理如图 1 所示。激光头发出振幅相同,频率分别为 f
1
、f
2
的左旋和右旋
的圆偏振光,在分光镜 1 的 a 处光束一分为二,反射光通过检偏器 1 后,频率等于 f
1
-f
2
,
并作为参考光。透射光在分光镜 2 的 b 处光束一分为二,反射光入射至固定棱镜 1,频率
由双频变为单频 f
1
,经过反射后,重新反射到分光镜 2 的 c 处。另外一束光通过分光镜 2,
频率由双频变为单频 f
2
,入射至与运动台固定在一起的棱镜 2。当运动台移动时,由于多
普勒频移效应,光由棱镜 2 返回,至此频率为 f
2
±Δf。在分光镜 2 的 c 处,频率为 f
1
与频率
为 f
2
±Δf 的 2 束相遇,相遇后的光经过检偏器 2 后频率发生拍频,为 f
2
±Δf-f
1
的测量光。参
考光和测量光经光电转换及计数卡后,可得到运动台的速度所引起的频率变化
[4]
。
速度与变化频率关系式为
ν=λ/2×ΔL,
(1)
Δf=∫0tνdt=∫0t(λΔf/2)dt=Nλ/2,
(2)
图 1 线位移测量原理
资源评论
- weixin_381620792023-02-17资源有很好的参考价值,总算找到了自己需要的资源啦。
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