基于多纵模激光器自混合效应角度静态测量及相关技术研究

论文摘要

激光自混合干涉测量技术具有结构简单、成本低、无损、非接触等优势,已广泛应用于速度、振动、位移等物理量的测量。近年来,伴随着精密制造技术飞速发展,高精度、低成本和小型化的角度测量成为了新的研究热点。其中,单光路结构的激光自混合干涉测量技术是实现高精度和高分辨率角度测量的重要手段。但目前的激光自混合干涉角度测量方案主要针对动态角度测量,无法实现静态条件下的角度测量。针对上述问题,本文提出以多纵模半导体激光器作为测量系统光源,建立了不同转折光路结构的多纵模激光自混合干涉角度静态测量理论模型,并搭建相关自混合干涉角度静态测量系统,进行了相关实验研究。本文的具体工作内容如下:1.建立以平面镜为转折光路器件的多纵模激光自混合角度静态测量理论模型,并搭建了实验系统。结果显示该系统可以在±30.000°范围内实现分辨率为0.500°,绝对测角误差小于0.658°;2.建立以双平面镜为转折光路器件的多纵模激光自混合角度静态测量理论模型,并搭建了实验系统。结果显示该系统可以在±22.000°范围内实现分辨率为0.050°,绝对测角误差小0.370°;3.建立以直角棱镜为转折光路器件的多纵模激光自混合角度静态测量理论模型,并搭建了实验系统。结果显示该系统可以在±6.000°范围内实现分辨率为0.200°,绝对测角误差小于0.214°;4.建立以五棱镜为转折光路器件的多纵模激光自混合角度静态测量理论模型,并搭建了实验系统。结果显示该系统可以在±8.000°范围内实现分辨率为0.100°,绝对测角误差小于0.239°。本论文的主要创新点:1.结合三镜腔激光自混合理论模型和激光自混合干涉混频理论,利用角度与光程之间的关系,建立了不同转折光路结构的多纵模激光自混合角度静态测量系统理论模型。2.搭建了不同转折光路结构的多纵模激光自混合角度静态测量系统。研究了平面镜、双平面镜、直角棱镜、五棱镜等不同转折光路结构,对多纵模激光自混合信号波形、角度测量范围及系统测量分辨率、精度的影响。3.建立了基于多纵模激光自混合干涉效应同时测量温度和应变的理论模型。仿真模拟了温度、应变同时测量的多纵模激光自混合干涉信号,为下一步搭建多物理量同时测量的复用多纵模激光自混合干涉测量系统提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 基于激光自混合干涉效测量研究现状
•   1.3 国内外角度测量研究现状
•   1.4 本文主要研究内容以及存在的创新点
• 第二章 基于多纵模激光自混合效应测量原理及应用
•   2.1 多纵模激光概念
•   2.2 多纵模激光自混合干涉效应介绍
•     2.2.1 多纵模激光自混合干涉效应研究现状
•     2.2.2 多纵模激光自混合测量测量研究现状
•   2.3 基于多纵模激光自混合干涉效应角度静态测量系统
•     2.3.1 测量方法
•     2.3.2 理论模型
•   2.4 本章小结
• 第三章 以平面镜为转折光路器件的多纵模激光自混合角度静态测量技术研究
•   3.1 理论模型
•     3.1.1 平面镜不同位置对光程差影响分析
•     3.1.2 理论结果对比
•   3.2 实验装置
•   3.3 实验结果分析
•     3.3.1 实验结果分析
•     3.3.2 实验误差分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 以双平面镜为转折光路器件的多纵模激光自混合角度静态测量技术研究
•   4.1 理论模型
•   4.2 实验装置
•   4.3 实验结果分析
•     4.3.1 自混合信号对比与分析
•     4.3.2 实验结果分析
•     4.3.3 实验误差分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 以直角棱镜为转折光路器件的多纵模激光自混合角度静态测量技术研究
•   5.1 理论模型
•   5.2 实验装置
•   5.3 实验结果分析
•     5.3.1 自混合信号对比与分析
•     5.3.2 实验结果分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 以五棱镜为转折光路器件的多纵模激光自混合角度静态测量技术研究
•   6.1 理论模型
•   6.2 实验装置
•   6.3 实验结果分析
•     6.3.1 自混合信号对比与分析
•     6.3.2 实验结果分析
•   6.4 四种实验方案对比
•   6.5 本章小结
• 第七章 基于多纵模激光自混合干涉效应温度、应变双参量同步测量研究
•   7.1 温度测量和应变测量同步测量系统
•     7.1.1 基本装置及原理介绍
•     7.1.2 数值模拟结果
•   7.2 本章小结
• 第八章 全文总结与展望
•   8.1 全文总结
•   8.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参与发明的专利

文章来源

类型: 博士论文

作者: 向荣

导师: 吕亮

关键词: 多纵模激光器,自混合效应,角度静态测量,分辨率

来源: 安徽大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 安徽大学

分类号: TN248

DOI: 10.26917/d.cnki.ganhu.2019.000049

总页数: 102

文件大小: 6861K

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