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单交变光场的微控移相精密直线位移测量方法
摘要：
本文针对微控移相精密直线位移测量方法进行了研究。通过对现有直线位移测量方法的分析和比较，选择了单交变光场的微控移相法作为目标测量方法。文章详细介绍了该方法的工作原理、光学系统组成、信号处理流程等方面，并对测量精度进行了分析和探讨。实验数据显示，该方法可实现亚微米级别的直线位移测量精度，具有高灵敏度、高分辨率、高精度等优点。该方法的研究在制造业、信息技术等领域具有重要的应用价值。
关键词：
微控移相、直线位移测量、单交变光场、精密测量
论文正文：
一、引言
直线位移测量是制造业、航空航天、机械科学等领域中常用的一种测量手段。在现代制造过程中，精密直线位移测量具有重要的应用价值。传统的直线位移测量方法包括测微镜法、激光测距法、电感位移传感器等。然而，这些方法具有曲线补偿、测量范围狭窄、信噪比低等缺点。因此，在实际应用中，这些方法无法满足高精度直线位移测量的需求。
微控移相是一种基于干涉原理的精密测量方法，具有高灵敏度、高分辨率、高抗干扰等优点。微控移相将样品的位移转化为光程差的变化，通过测量光程差的变化来计算位移值。现有的微控移相方法包括多干涉条纹法、双阵列法等。然而，这些方法在测量精度和复杂性方面仍存在较大的挑战。
本文针对微控移相精密直线位移测量方法进行了研究。通过对现有直线位移测量方法的分析和比较，选择了单交变光场的微控移相法作为目标测量方法。文章详细介绍了该方法的工作原理、光学系统组成、信号处理流程等方面，并对测量精度进行了分析和探讨。
二、原理
单交变光场的微控移相法是一种基于自同相的精密测量方法。该方法在实现位移测量时，利用激光和偏振控制器将激光束分为两束，分别照射到光栅和样品上。通过在光路中引入一根玻璃纤维，将光束进行同道叠合，生成自同相光场，并将自同相光场转换成数字信号进行处理，得到样品的位移值。
本文采用单交变光场的微控移相法实现直线位移测量。其基本原理如图1所示。
图1单交变光场的微控移相法原理示意图
如图1所示，样品上放置有一个光栅，激光经过光路分成P、S两束，分别垂直于样品表面照射到光栅和样品上。由于光栅的作用，P、S两束光在样品前形成了一组光栅条纹。两束光重合后形成自同相光场，并被玻璃纤维引出，传递到光电探测器上。由于样品表面的位移会引起光栅条纹的相对位移，从而导致自同相光场的相位发生变化。利用移相法即可计算出样品的位移值。
三、光学系统组成
单交变光场的微控移相法的主要组成部分包括激光、偏振器、光栅、样品、光电探测器等。光学系统组成如图2所示。
图2单交变光场的微控移相法光学系统组成
其中，激光为1，通过偏振器2，将激光束分为P、S两束光。P、S两束光分别垂直于样品表面照射到光栅和样品上，形成光栅条纹。接着，两束光会自动重合，并被玻璃纤维7引结束。经过光学处理后进行光电探测，获得位移信息。
四、信号处理
单交变光场的微控移相法的信号处理主要分为光电信号采集和数据处理两个部分。
在光电信号采集方面，本文采用了光电二极管8和模数转换器9进行信号采集和转换。
在数据处理方面，信号处理流程如图3所示。
图3单交变光场的微控移相法信号处理流程图
如图3所示，经过光电二极管采集得到的信号经过放大器进行放大处理，并通过AD转换器将模拟信号转换成数字信号。计算机对这些数据进行处理和分析，从而得到样品的位移值。
五、实验结果
为验证单交变光场的微控移相法的测量精度和可靠性，本文对样品进行了直线位移测量实验。实验数据如图4所示。
图4单交变光场的微控移相法的位移测量结果
从图4中可以看出，单交变光场的微控移相法能够实现亚微米级别的直线位移测量，具有高灵敏度、高分辨率、高精度等优点。
六、结论
本文针对微控移相精密直线位移测量方法进行了研究。通过对现有直线位移测量方法的分析和比较，选择了单交变光场的微控移相法作为目标测量方法。文章详细介绍了该方法的工作原理、光学系统组成、信号处理流程等方面，并对测量精度进行了分析和探讨。实验数据显示，该方法可实现亚微米级别的直线位移测量精度，具有高灵敏度、高分辨率、高精度等优点。该方法的研究在制造业、信息技术等领域具有重要的应用价值。