本文關鍵詞：低頻零差激光干涉測振非線性分析與補償技術

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【摘要】：零差激光干涉測振技術是低頻振動校準等領域的核心關鍵技術。零差激光干涉測振過程中產生的非線性誤差是制約測量精度和性能進一步提高最主要的因素之一。傳統的零差激光干涉測振光路中存在偏振泄漏和偏振混疊現象,非線性誤差顯著。且光路中可調整器件過多,光路調節(jié)困難,多個可調整器件的旋轉角度偏差均會引入顯著的非正交誤差。在后續(xù)的信號處理過程中,數學關系簡單、具有較好實時性的非線性誤差補償方法多針對直流偏置誤差和不等幅誤差,實現非正交誤差的補償較為困難。因此,零差激光干涉測振中的非線性誤差補償技術是低頻振動校準等領域的關鍵技術問題之一。本論文“低頻零差激光干涉測振非線性分析與補償技術”針對傳統零差激光測振光路非線性誤差顯著、非正交誤差難以實時補償等問題,在深入分析光路中非理想器件的特性及傳統基于偏振分光的零差激光干涉測振光路非線性誤差理論模型的基礎上,提出一種基于消偏振分光的零差正交激光干涉測振光路,建立完善的非線性誤差理論模型,提出一種基于協同補償的非線性誤差補償方法,并進行了實驗驗證。論文的主要研究內容如下:(1)針對光路中常用的光學器件進行了非理想特性分析,特別對以往模型建立過程中被簡化為理想狀態(tài)的消偏振分光棱鏡和角錐棱鏡進行了詳細的理論推導和仿真,給出了各器件在理想狀態(tài)下和實際狀態(tài)下的瓊斯矩陣模型。(2)針對傳統的基于偏振分光的零差激光干涉測振光路進行了完善的非線性誤差理論模型分析,分析各器件非理想性對最終非線性誤差的影響,給出各可調整器件的旋轉角與非正交誤差間的關系,從理論層面分析了該光路存在的可調整器件過多、非正交誤差顯著且難以實時補償的缺陷。(3)提出了一種基于消偏振分光的零差激光干涉測振光路及非線性誤差協同補償方案。建立該光路的誤差理論模型并分析各誤差源的影響,最終分析了非正交誤差與可調整器件旋轉角的關系,證明了該光路具有結構簡單、易于調整、非正交誤差易修正的優(yōu)點,解決了傳統零差激光干涉光路存在的可調整器件過多的問題。同時,基于該光路特性提出了一種非線性誤差協同補償方案。先轉動光路中的可調整器件,兩器件協同作用,消除光路中的非正交誤差,后采用極值法實時補償直流偏置誤差和不等幅誤差,解決了現有的非線性誤差補償方法中非正交誤差修正算法較為復雜,難以實現實時補償的問題。在上述研究的基礎上,本論文進行了整體系統實驗,并測量了整體測振系統的技術指標。實驗結果表明,基于消偏振分光的測振光路中可調整器件的旋轉角度與非正交誤差的關系曲線和理論推導一致,且基于協同補償的非線性誤差補償方案可有效減小光路中的非線性誤差。該測振系統的位移分辨力為0.2nm,5分鐘下的短期穩(wěn)定性峰峰值為1nm,1小時下的長期穩(wěn)定性峰峰值為20nm,補償后整體非線性誤差為0.4nm,振動測量重復性標準差值為0.7nm,振動振幅的相對測量偏差小于0.75%,整體系統具有良好的性能指標和技術優(yōu)勢。
【關鍵詞】：零差干涉 激光干涉測振 非線性誤差 誤差補償 低頻振動測量
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH744.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 國內外研究現狀及分析11-19
• 1.2.1 激光測振光路研究現狀11-18
• 1.2.2 零差激光干涉光路非線性模型研究現狀18
• 1.2.3 零差激光干涉非線性誤差補償方法研究現狀18-19
• 1.3 課題主要研究內容19-21
• 第2章 干涉光路關鍵器件非理想特性分析21-37
• 2.1 引言21
• 2.2 消偏振分光棱鏡非理想特性分析21-22
• 2.3 角錐棱鏡非理想特性分析22-34
• 2.3.1 光線垂直入射時角錐棱鏡特性分析23-29
• 2.3.2 光線非垂直入射時角錐棱鏡特性分析29-34
• 2.4 其它關鍵器件非理想特性分析34-36
• 2.5 本章小結36-37
• 第3章 基于偏振分光的零差干涉光路非線性模型分析37-52
• 3.1 引言37
• 3.2 基于偏振分光的零差干涉光路理想模型37-39
• 3.3 基于偏振分光的零差干涉光路非線性誤差分析39-48
• 3.3.1 器件非理想性引入的非線性誤差分析39-43
• 3.3.2 器件調整偏差引入的非線性誤差分析43-48
• 3.4 基于偏振分光的零差干涉光路整體非線性誤差特性分析48-51
• 3.5 本章小結51-52
• 第4章 基于消偏振分光的零差干涉光路與非線性誤差協同補償方法研究52-70
• 4.1 引言52
• 4.2 基于消偏振分光的零差干涉光路原理與理想模型52-55
• 4.3 基于消偏振分光的零差干涉光路非線性誤差分析55-65
• 4.3.1 器件非理想性引入的非線性誤差分析55-60
• 4.3.2 器件調整偏差引入的非線性誤差分析60-65
• 4.4 基于消偏振分光的零差干涉光路整體非線性誤差特性分析65-66
• 4.5 非線性誤差協同補償方案設計66-69
• 4.6 本章小結69-70
• 第5章 實驗與分析70-77
• 5.1 引言70
• 5.2 實驗系統設計70-71
• 5.3 可調整器件旋轉角與非正交誤差關系曲線測試實驗71-72
• 5.4 靜態(tài)特性實驗72-74
• 5.4.1 位移分辨力實驗72-73
• 5.4.2 穩(wěn)定性實驗73
• 5.4.3 非線性誤差補償實驗73-74
• 5.5 動態(tài)特性實驗74-76
• 5.5.1 振動測量重復性實驗74-75
• 5.5.2 振動測量精度對比實驗75-76
• 5.6 本章小結76-77
• 結論77-79
• 參考文獻79-83
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果83-85
• 致謝85

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本文編號：885869