【正文】 在這里，我要特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導老師即 劉志健 老師的耐心指導與幫助，這次的畢業(yè)設(shè)計不僅讓我運用了大學四年所學到的知識，同時我還學到了許多新 理論和 知識。通過這些較為系統(tǒng)及深入地研究，研制出了理論的干涉測量微位移 裝置。由 74LS192組成的一百進制遞加計數(shù)器如下圖 。若 A3 =0,且低位為零 , 則低位零被熄滅。 七段數(shù)字顯示器原理 按內(nèi)部連接方式不同，七段數(shù)字顯示器分為共陰極和共陽極兩種 (a)管腳排列圖 。 單穩(wěn)態(tài)電路如圖所示 圖 單穩(wěn)態(tài)電路 辨向：如果 A?出現(xiàn)在 B為負的半周期，則 A滯后于 B,正向運動；如果 A?出現(xiàn)在 B為正的半周期，則 A超前于 B,反向運動 下面是細分判別原理框圖，并沒有給具體參數(shù)。 圖 組合移相 狹縫移相 在兩光電接收器前分別置兩狹縫，如圖，使兩狹縫相對移開 1/4干涉條紋的距離，這樣通過兩狹縫的兩組干涉條紋就有π /2的位相差。 計數(shù)器電路設(shè)計 移相系統(tǒng) 圖 計數(shù)器原理圖 移相系統(tǒng) 干涉條紋屬增量碼， 需要判向可逆記數(shù)。 2） 放大整形電路 ： 由于光經(jīng)光電二極管產(chǎn)生的電信號很弱 ， 不能使后面的波形整顯示器 譯碼器 計數(shù)器 控制電路 接收電路 信號放大 波形 信號 接收 譯碼 計數(shù) 控制 波形整形 22 形電路及計數(shù)器正常工作 ， 所以需要經(jīng)過放大電路放大到一定程度才可以使后面的電路正常運作。由于電介質(zhì)膜幾乎沒有吸收，入射光的損失小。下面為不同光程差進行光路追跡后的干涉圖樣。 圖 ZEMAX設(shè)計的邁克爾遜干涉儀 3D圖 等厚干涉 如果 M1和 M2當于不垂直，也就是 M1與 M2‘ 不平行而是成一很小的交角（交角太大則看不到干涉條紋），就出現(xiàn)等厚干涉條紋。光源的主要參數(shù)設(shè)置有 layout rays設(shè)置成 5表示在平面圖和 3D圖中顯示 5條光線，然后將 analysis rays設(shè)置成 100000，表示分析 100000光線，分析的光線越多，所呈現(xiàn)的圖像清晰度就越高。這些功能包括光線扇形圖、傳遞函數(shù)輸出、點列圖，以及其他很多只在共軸光線追跡中存在的功能。在這種模式下， ZEMAX追跡從物面多所定義的表面和非共軸組件的光線。 ZEMAX 對表面進行順序安排，起始面為物面，序列號為 “0”。該軟件擁有兩大特點，就是可以實現(xiàn)序列和非序列分析。 ZEMAX功能強大，速度快，靈活方便，是一個很好的綜合性程序。 兩平面鏡之間的 “ 空氣間隙 ” 距離增大時，中心就會 “ 吐出 ” 一個個條紋；反之則 “ 吞進 ” 。 亞伯拉罕 178。 這說明被測長度的相對誤差由兩部分組成，一部分是干涉條紋計數(shù)的相對誤差，另一部分是波長也就是頻率的相對誤差。 4）計數(shù) 顯示 模塊： 信號經(jīng)過電路判別，把相應(yīng)的判別信號輸入計數(shù)器進行計數(shù)，通過顯示裝置可觀察到移動條紋數(shù)。通過平臺的移動產(chǎn)生射到探測器上的干涉條紋的移動，信號處理波形，由計數(shù)器計數(shù)并計算得到相應(yīng)的位移或長度 [3][4]。 干涉測量技術(shù)，精密地測定光波波長、微小長度、光源的相干長度等，還可以測量氣體、液體的折射率。 圖 邁克爾遜干涉儀 圖 測量 顯微鏡 在基于邁克爾遜干涉儀的基礎(chǔ)上設(shè)計干涉測量裝置，一方面有了精度的保證，另一方面造價不高的情況下可以實現(xiàn)高精度的測量，所以 干涉測量微小位移的裝置很有發(fā)展前景的。趙斌研究使用邁克爾遜干涉儀可同時測量薄透明體厚度及折射率等 。 發(fā)展現(xiàn)狀及前景 邁克爾遜干涉儀原理簡明，構(gòu)思巧妙，堪稱精密光學儀器的典范 。 進行更精密的測量 時 ，特別是對運動物體的位置 測量，傳統(tǒng)方法就有些力不從心了。 precision。 第一章 緒 論 ........................................................ 3 課題的背景及意義 .......................................... 3 發(fā)展現(xiàn)狀及前景 ............................................ 3 本文研究內(nèi)容及方法 ........................................ 5 第二章 系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ) ............................................. 7 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 .......................................... 7 系統(tǒng)主要模塊 .............................................. 8 系統(tǒng)工作原理 .............................................. 8 系統(tǒng)性能及指標 ............................................ 9 第三章 干涉儀光學設(shè)計 ................................................ 10 工作原理 ................................................. 10 ZEMAX軟件介紹 ............................................ 11 ZEMAX仿真實現(xiàn) ............................................ 12 模式選擇 ........................................... 12 非序列模式下建立的模型 ............................. 13 等厚干涉 ........................................... 15 等傾干涉 ........................................... 17 結(jié)果分析 ................................................. 18 器件選擇 ................................................. 19 第四章 計數(shù)器電子設(shè)計 ................................................ 21 計數(shù)器基本簡介 ........................................... 21 計數(shù)器各部分結(jié)構(gòu)及選擇 ................................... 21 計數(shù)器電路設(shè)計 ........................................... 22 移相系統(tǒng) ........................................... 22 光電轉(zhuǎn)換模塊 ....................................... 25 細分辨向電路 ....................................... 26 計數(shù)顯示模塊 ....................................... 30 十進制計數(shù)器 74LS192 ................................ 31 結(jié) 論 ............................................................... 34 致 謝 ............................................................... 35 參考文獻 ............................................................. 36 1 干涉測量系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 ： 光學干涉測量技術(shù)是以光波干涉原理為基礎(chǔ)的一門技術(shù)，不但是實驗物理學的重要方法，而且廣泛應(yīng)用于其它學科。 測試結(jié)果表明該儀器具有原理簡單 、 測量精度高 、容易實現(xiàn) 、更加直觀 等特 點，可作為大學物理實驗室的創(chuàng)新設(shè)計性實驗來設(shè)置， 推廣性強 。不同的應(yīng)用，要求的測量精度不同，因而需要用不同的手段去實現(xiàn)。 在光學干涉測量法中，干涉測量法是基于光波的干涉原理測位移的方法。 目前，在近代物理和近代計量技術(shù)中，根據(jù)邁克爾遜干涉儀的基本原理，研制的各種精密儀器已廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn) 、 生活和科 技領(lǐng)域，并研制出多種專用干涉儀 。 其中 國內(nèi) 一種基于激光干涉的微位移測量儀 ,如圖 ， 該測量儀以半導體激光器為光源 ,以 “ 田 ” 字型四象限光電陣列接受激光干涉信號 ,采用光學倍程技術(shù)和干涉條紋電子細分技術(shù) ,位移測量系統(tǒng)的理論分辨率可達 ,實驗表明該測量儀可以達到 1nm的分辨力 [1]。課題具有實踐研究和理論研究相結(jié)合的特點。干涉法原理簡單、構(gòu)造容易，測量精度高，適用于實時動態(tài)測量而被廣泛應(yīng)用于位移及長度測量。 2）干涉模塊： 邁克爾遜 干涉儀利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)干涉。將被測物與其中一支光路聯(lián)系起來，使 反光鏡 M2沿光束 2方向移動，每移動半波長的長度，光束 2的光程就改變了一個波長，于是干涉條紋就產(chǎn)生一個周期的明、暗變化。它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)干涉。 若干涉條紋發(fā)生移動，一定是場點對應(yīng)的光程差發(fā)生了變化，引起光程差變化 11 的原因，可能是光線長度 L發(fā)生變化，或是光路中某段介質(zhì)的折射率 n發(fā)生了變化，或是薄膜的厚度 e發(fā)生了變化。 ZEMAX 不只是透鏡設(shè)計軟件而已，更是全功能的光學設(shè)計分析軟件，具有直觀、功能強大、靈活、快速、容易使用等優(yōu)點，與其它軟件不同的是 ZEMAX的 CAD轉(zhuǎn)文件程序都是雙向的，如 IGES 、 STEP 、 SAT等格式都可轉(zhuǎn)入及轉(zhuǎn)出。同時，也提供 快捷鍵