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激光合成波长干涉技术的信号处理方法研究

张萍  
【摘要】: 近年来,随着微电子、超精密加工等高新技术的迅速发展,对纳米位移测量技术及仪器提出了既要测量范围大又要同时达到纳米级测量精度的要求。本论文依托于“激光合成波长纳米位移测量干涉仪的研制”国家自然科学基金项目(No.50827501),设计并研制了基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的激光合成波长干涉纳米位移测量信号处理系统,实现了大小数计数正确结合的纳米位移测量。 论文在描述了基于合成波长条纹细分原理的基础上,就激光合成波长纳米位移测量干涉仪的信号处理方法的关键技术进行了详细研究,并针对干涉信号在测量过程中发生振荡或抖动及停止位置处出现计数错误的问题,提出了双边沿触发计数的硬件大数计数和软件修正相结合的新方法,完成了该信号处理系统的硬件设计和软件设计,研制并调试成功。硬件设计主要包括基于CPLD的大小数结合计数的各模块、信号预处理电路、电源电路、时钟电路、JTAG调试电路和串口通讯电路;软件设计是采用Visual Basic语言编写的上位机程序。 本论文分别进行了以下实验:(1)小数计数位移测量实验:分别以5nm、10nm和20nm为步长进行了测量实验,在200nm测量范围内,测量结果的线性相关系数分别为0.9991、0.9998和09998,标准偏差分别为1.85nm、2.54 nm和2.20nm;(2)大数计数位移测量实验:在15μm测量范围内,偏差最大为0.303μm,小于半个波长;(3)大小数计数相结合位移测量实验:分别以0.5μm和1μm为步长进行了测量实验,在15μm测量范围内,标准偏差分别为5.75nm和8.51nm。上述实验结果表明,该信号处理系统能够满足大范围和高精度测量的要求,具有较高的可靠性和实用性。


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