激光干涉式微位移测量系统的设计和研究

毕业设计（论文）

题目激光干涉式微位移测量系统的

研究与设计

二级学院电子信息与自动化学院

专业测控技术与仪器

班级测控技术与仪器2班

学生姓名贺斌学号***********

指导教师职称

时间

目录

摘要...................................................................................................................................................... І

Abstract........................................................................................................................................ II

1 绪论 (1)

1.1课题的主要任务、内容及意义 (1)

1.1.1 课题主要任务和意义 (1)

1.1.2 课题主要内容 (1)

1.2 课题研究背景 (1)

1.2.1 位移检测 (2)

1.2.2 多普勒效应 (2)

1.3 国内外基于激光原理的微位移测量技术的发展现状 (3)

1.4 光学微位移测量的几种方法 (3)

1.4.1 光外差法 (3)

1.4.2 电镜法 (3)

1.4.3 激光三角测量法 (4)

1.4.4 干涉法测量 (4)

1.5 系统方案 (4)

1.5.1 全息干涉测量 (5)

1.5.2 散斑干涉测量 (5)

1.5.3 光栅位移激光多普勒测量 (6)

1.6 系统主要完成的工作 (7)

1.7 本章小结 (7)

2 系统的测量原理 (8)

2.1 光路部分 (8)

2.2 光信号检测部分 (9)

2.2.1 混频技术 (9)

2.2.2 PIN光电二极管 (11)

2.2.3利用PIN光电二极管检查光信号 ............ 错误!未定义书签。

2.3 本章小结 (14)

3 系统的硬件结构 (15)

3.1光路部分 (15)

3.1.1光源的选择 (15)

3.1.2 光路结构 (16)

3.2 光信号检测电路 (17)

3.2.1 光电检测设计要求 (17)

3.2.2 光电检测电路设计 (18)

3.3信号调理电路 (18)

3.3.1滤波电路 (19)

3.3.2 主放大电路.............................. 错误!未定义书签。

3.3.3 方波整形................................ 错误!未定义书签。

3.4 计数处理电路 (21)

3.4.1 芯片介绍 (22)

3.4.2 电路设计 (24)

3.5 信号处理部分及显示 (24)

3.5.1 单片机AT89S52介绍 (25)

3.5.2 16ⅹ2LCD液晶显示器介 (27)

3.5.3 数据处理及显示接口电路 (28)

3.6 本章小结 (30)

4 系统软件的设计 (31)

4.1 软件开发环境 (31)

4.2 整体软件设计 (32)

4.3 启动检测程序 (32)

4.4 位移测量程序 (33)

4.5 测量辩向程序 (34)

4.6 LCD显示程序 (35)

4.7 本章小结 (36)

5仿真调试与分析............................................................................................ 错误!未定义书签。

5.1 前置放大调试 (37)

5.2 滤波电路调试 (38)

5.3主放大电路和整形电路调试...................... 错误!未定义书签。

5.4 单片机AT89S52及LCD液晶显示仿真调试 (39)

5.5 实物调试 (41)

5.6 本章小结 (41)

6 结论 (42)

致谢 (43)

参考文献 (44)

附录 (46)

文献综述 (58)

摘要

随着近代工业的迅速发展，微位移测量变得十分重要，且现代工业技术的发展对微位移测量的精度和方式提出了更多更高的要求。因光学干涉测量具有更高的测试灵敏度和准确度，其得到了广泛的发展。在光学干涉测量法中，激光多普勒效应测量方法具有动态响应快、线性度好、测量范围大、精度高等许多独特的优点，得到了更加广泛的应用，有很好的发展前景。为了满足微位移测量的非接触、高精度等要求本文设计、制作了一种基于激光多普勒效应的测微位移系统，和传统的微位移测量仪器相比，其精度、误差、灵敏度及稳定度都有较大提高，并实现了对微位移的自动非接触测量。该系统由硬件和软件两部分组成。硬件电路包括光路部分、光信号检测部分、计数处理及判向部分、信号处理及显示部分。系统使用相干性更好的He-Ne激光器作为光源，采用PIN光电二极管作为条纹拾取工具，配以硬件的条纹计数处理及判向电路，最后由单片机处理数据，得出被测物的位移量并通过液晶屏显示。系统软件设计采用AT89S52芯片执行监控程序。程序设计采用灵活的C语言实现。

关键词: 多普勒效应微位移 PIN光电二极管 AT89S52