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移相干涉术中波面计算方法以及移相器校正技术研究

作　者: 颜加军
导　师: 陈磊
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 移相干涉术相位解包虚光栅莫尔条纹法最小二乘迭代法类进动 PZT移相器
分类号: O436
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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引　用: 2次
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内容摘要

移相干涉术(PSI)作为快速、非接触的精密测量手段，已经广泛地应用于光学零件、光学系统、精密表面的检测和其它与光程差参数相关的物理量的测量(如温度场、密度场等)。本文首先介绍了移相干涉术的基本原理和特点，对其中的一些关键技术问题进行了研究。论文在对波面解包进行了详细理论分析的基础上，设计了相位解包算法，编制程序对实验数据进行了处理。提出了分析静态干涉图的新方法——虚光栅莫尔条纹法，该方法把移相干涉术和莫尔条纹法两者相结合，能够有效的解决实际干涉测量中的一些具体问题。以压电陶瓷(PZT)微位移器为主要研究对象，设计了一种基于最小二乘迭代的新算法，该算法可以解决压电陶瓷堆微位移驱动器在实际工作中引入的非线性误差的问题。对移相干涉术中的移相器的类进动问题进行了详细地理论分析，并设计了具体的实验，对波面旋转情况进行了定量的测试计算分析，给出了相位解包后的误差公式，分析了引起误差的因素，提出了控制误差的原则。

全文目录

绪论  7-10
  1 课题的研究背景  7-8
  2 项目来源  8
  3 本论文的主要研究工作  8-10
1 移相干涉术介绍  10-17
  1.1 移相干涉测量原理  10-12
  1.2 实现相移方法的分类  12-13
  1.3 数字式波面干涉仪的实验装置介绍  13-15
    1.3.1 移相干涉仪的工作原理概述  13
    1.3.2 移相式数字斐索干涉仪实验装置  13-14
    1.3.3 干涉仪主机的光路原理图  14-15
  1.4 移相干涉技术误差来源  15-16
    1.4.1 移相误差  15
    1.4.2 激光光源的稳定性  15-16
    1.4.3 光学元件的质量  16
    1.4.4 环境误差  16
  1.5 本章小结  16-17
2 移相干涉术中相位解包算法的实现  17-31
  2.1 波面解包的理论分析  17-19
    2.1.1 波面解包原理  17-18
    2.1.2 连续和不连续相位场  18-19
      2.1.2.1 连续相位场的概念  18
      2.1.2.2 导致实际的相位场不连续的因素  18-19
      2.1.2.3 相位解包中的误差  19
      2.1.2.4 干涉图中的鬼线  19
  2.2 不连续相位场的解包  19-22
    2.2.1 包裹相位场的有效区域和无效区域  19-20
    2.2.2 有效区域和无效区域的概念  20
    2.2.3 不连续包裹相位场的有效区域和无效区域的确定方法  20-21
    2.2.4 有效区域数据中的噪声数据  21
    2.2.5 有效区域数据中噪声数据处理方法  21-22
  2.3 树形解包算法的实现  22-28
    2.3.1 算法的基本思想  22
    2.3.2 算法中涉及的有关概念介绍  22-23
    2.3.3 算法的具体实现依据  23-27
    2.3.4 算法的具体实现过程  27-28
  2.4 用算法解决移相干涉测量中的相位解包问题  28-30
    2.4.1 干涉图的采集  28
    2.4.2 实验数据和处理结果  28-30
  2.5 本章小结  30-31
3 采用虚光栅法获得静态干涉图的相位波面  31-45
  3.1 莫尔条纹概述  31-32
  3.2 虚光栅莫尔条纹法进行干涉图分析  32-36
    3.2.1 莫尔条纹法分析干涉图的理论基础  32
    3.2.2 空间线性载频的介绍  32-33
    3.2.3 通过带空间线性载频的干涉图得到莫尔条纹  33-34
    3.2.4 干涉图的傅立叶分析  34-36
  3.3 利用虚光栅莫尔条纹法和移相干涉术处理静态干涉图  36-37
    3.3.1 传统的从静态干涉图中提取特征信息的方法  36
    3.3.2 利用虚光栅莫尔条纹法和移相干涉术处理静态干涉图  36-37
  3.4 用虚光栅莫尔条纹法处理量块的干涉图  37-43
  3.5 本章小结  43-45
4 移相干涉术中移相器的非线性校正研究  45-53
  4.1 压电陶瓷堆微位移特性  45
  4.2 压电陶瓷堆结构及其特性  45-46
    4.2.1 压电陶瓷堆结构  45-46
    4.2.2 无能量损耗时的位移特性  46
  4.3 移相干涉术中移相器的非线性分析  46-47
  4.4 解决PZT非线性误差的算法介绍  47-52
    4.4.1 算法设计  47-49
    4.4.2 程序设计流程  49
    4.4.3 计算结果和分析  49-52
      4.4.3.1 单个空间相位点的计算结果  49-50
      4.4.3.2 一个空间周期内取多个相位点的计算结果  50-52
  4.5 本章小结  52-53
5 移相干涉术中移相器的旋转研究  53-64
  5.1 由压电陶瓷(PZT)构成的移相器旋转问题的分析  53-54
  5.2 移相干涉术中类进动现象对移相算法引入的误差  54-56
    5.2.1 误差分析与误差控制  55-56
  5.3 移相器的类进动现象的仿真分析  56-57
  5.4 造成误差的因素分析  57-59
    5.4.1 旋转角度的影响  58
    5.4.2 测试孔径的大小的影响  58-59
  5.5 设计实验对移相干涉仪中的移相器进行分析处理  59-63
    5.5.1 用虚光栅莫尔条纹法计算相位波面  60-61
    5.5.2 对波面用最小二乘法进行平面拟合  61
    5.5.3 计算波面的法向量在空间的旋转情况  61-62
    5.5.4 实验数据  62
    5.5.5 结论和分析  62-63
  5.6 本章小结  63-64
6 全文总结  64-66
  6.1 本文的主要工作和创新点  64-65
  6.2 需要改进的地方和有待解决的问题  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-72
附录A 相位解包的实例  72-73
附录B 虚光栅莫尔条纹法处理空气扰动的实例  73

移相干涉术中波面计算方法以及移相器校正技术研究

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