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激光方向稳定系统中的若干关键技术的研究

费杰  
【摘要】: 激光光束由于其亮度高、方向性好、相干性好等优点,常被作为直线基准广泛应用于加工和测量设备中。但由于受环境状态等因素的影响,制约了激光方向稳定精度的进一步提高,限制了激光在超精密加工和测量设备中的进一步应用。可见,抑制激光光束漂移,改善其方向稳定性是直线基准技术领域急需解决的关键技术。 本文在原有的激光光束漂移量反馈控制准直技术的基础上,对光束漂移量信号的数据和频谱进行了分析,重点研究了一种集声光调制光强与光束漂移量反馈控制准直技术于一体的激光光束方向稳定方法及其测控电路系统,该方法通过声光调制实现光强调制,接着通过锁相放大电路检测并解调调制信号,然后通过DSP控制电路进一步对光束的漂移量进行反馈控制。具体包括: 1.利用声光调制器将光束漂移量信号调制到远离工频及其倍频干扰和高频噪声的频带段,以期提高光束漂移量的检测精度。声光调制器的输入调制信号的振幅稳定性就显得尤为重要。本文采用了数字频率合成技术(DDS)来产生调制信号,它具有超宽的频率带宽、超高的频率分辨率和相位连续性等特点,可以实现声光调制信号的频率和振幅的高稳定性。 2.本文采用锁相放大技术从噪声中提取出调制信号并完成解调,从而提高信噪比,为后续处理电路提供信号。光电检测电路由四部分组成,分别是I/V转换环节、锁相放大环节、低通滤波环节、运算环节。 3.采用基于DSP的信号采集与控制电路系统,实现对光电接收电路的输出信号进行选择、滤波、A/D转换、处理、运算(主要是PID算法)、D/A转换。电路设计中将数字电路与模拟电路彻底分开,减少了耦合干扰。 4.结合上述3个部分和其余机构完成了测控系统实验。分析了各部分的电路系统的性能指标、实验数据与误差。


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