【正文】 同時(shí)，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里 一并向有關(guān)作者表示謝意?？傊@次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我受益匪淺！ 在 這 臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。 35 致 謝 完成 了 這 一學(xué)期 的 畢業(yè) 設(shè)計(jì)，這離不開劉志健老師多次細(xì)心的指導(dǎo)，在這期間他不斷改正我思想上錯誤的方向 ， 并及時(shí)督促我完成任務(wù)。 4） 對設(shè)計(jì)的 邁克爾遜干涉儀和 條紋計(jì)數(shù)器裝置 分別用 ZEMAX和 Multisim進(jìn)行 仿真測試，并且 簡單分析了系統(tǒng)的性能指標(biāo) ，接著 分析了 系統(tǒng)存在的 誤差 及其 來源。包括光源模塊、 條紋 干涉 模塊、 條紋計(jì)數(shù)模塊 、 顯示 模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)處理模塊 等 ?，F(xiàn)對所做工作進(jìn)行總結(jié)： 1） 首先介紹了本課題的 背景 和研究 意義 ，接著對現(xiàn)有的 微位移測量裝置 進(jìn)行分折，了解其優(yōu)缺點(diǎn) ， 在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，從而選用 基于邁克爾遜干涉儀具有較高精度的裝置 。本人根據(jù)課題要求閱讀了國內(nèi)外大量的科技文獻(xiàn)，進(jìn)行了調(diào)研，在此基礎(chǔ)上提出了實(shí)現(xiàn)干涉 測量 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了一系列的 光路、電路設(shè)計(jì)和模擬實(shí)驗(yàn)。 圖 可逆計(jì)數(shù)器及顯示部分 電 通過仿真可以完全實(shí)現(xiàn)電路的細(xì)分判別和可逆計(jì)數(shù)的功能，并且仿真現(xiàn)象非常理想，完全可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的電路設(shè)計(jì)。 33 圖 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)置位部分 下面通過一個時(shí)鐘發(fā)生器發(fā)出脈沖，接入 UP端， DOWN端接高電平，實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算。它的計(jì)數(shù)原理是：只有當(dāng)?shù)臀?CO 端發(fā)出進(jìn)位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù) 器才作加計(jì)數(shù)。 32 圖 （ a） 74ls192引腳圖 （ b） 74LS192邏輯符號圖 圖 74LS192的真值表 工作原理：當(dāng) LD =1， CR=0時(shí)，若時(shí)鐘脈沖加入到 UCP 端，且 DCP =1，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計(jì)數(shù)功能，當(dāng)加計(jì)數(shù)到 9時(shí)， CO 端發(fā)出進(jìn)位下跳脈沖；若時(shí)鐘脈沖加入到 DCP 端，且 UCP =1，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計(jì)數(shù)功能，當(dāng)減計(jì)數(shù)到 0時(shí)， BO 端發(fā)出借位下跳變脈沖。 CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端， CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。 圖 譯碼顯示電路 根據(jù)設(shè)計(jì)要求由于數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，所以要在譯碼器與數(shù)碼管之間加 180的 排阻 電阻保護(hù)，因?yàn)檫x擇的是共陰的數(shù)碼管，數(shù)碼管的兩個公共端與地端相接。用來動態(tài)滅零，當(dāng)A2= 1時(shí)，且 A3 =0，輸入 A3A2A1A0=0000時(shí)，則 / IBR =0使數(shù)字符的各段熄滅； / LT為滅燈輸入 /滅燈輸出，當(dāng) VCC =0時(shí)不管輸入如何 , 數(shù)碼管不顯示數(shù)字；為控制低位滅零信號 ,當(dāng) A3=1時(shí) , 說明本位處于顯示狀態(tài) 。 ) h ) habcdefg( (b) 共陰極接線圖 。 譯碼器：實(shí)現(xiàn)譯碼功能的數(shù)字電路。 29 A B A’ B’ Uo1 Uo2 圖 模擬各位置波形圖 通過上面的波形圖可以得出，仿真的結(jié)果幾乎和理想的波形圖一樣，結(jié)果還是比較滿意的。 圖 細(xì)分判別電路圖 根據(jù)上面的電路圖 進(jìn)行仿真 ，其 結(jié)果 如下圖 ，不同位置的波形圖 。 27 圖 細(xì)分判別原理框圖 下面是電路中不同位置的波形圖，其中左邊的是正向移動給計(jì)數(shù)器加法信號，右邊是反向移動，給計(jì)數(shù)器減法信號。 細(xì)分的基本原理是：根據(jù)周期性測量信號的波形，幅值或者相位（兩路相位相差 90度）的變化規(guī)律，在一個周期內(nèi)具有兩個上升沿和兩個下降沿，通過對邊沿的處理實(shí)現(xiàn)四細(xì)分，從而得優(yōu)于一個信號周期的更高的分辨力。再經(jīng)過一個反向器后變?yōu)楦唠娖?，這樣就可以給后面計(jì)數(shù)器一個上升沿脈沖 ， 使其觸發(fā)開始工作。三極管有放大作用，所以集電極的電流較大，所以要加一個阻值較大的電阻作為限流電阻，因此選擇了 10KΩ電阻。 圖 狹縫移相 24 機(jī)械 移相 圖 機(jī)械移相 下面是設(shè)置兩個理想 90度相位差的模擬信號通過施密特電路的整形前后波形的變化對比。使用時(shí)，以兩板的交棱為 軸，適當(dāng)轉(zhuǎn)動翼形板，使通過兩板的光線彼此有λ /4的光程差。 翼形板的形狀如圖，是由兩厚度相等、材料相同的玻璃平板膠合而成，兩板夾角 170176。下面介紹幾種常見的移相方法。干涉條紋的移相就是為了判別動鏡移動的方向和倍頻的需要。 6） 控制電路 ： 對計(jì)數(shù)器的工作產(chǎn)生置位與復(fù)位 ， 復(fù)位讓計(jì)數(shù)器的各輸入端清除原來的狀態(tài)為 “ 0” 狀態(tài) ， 置位可以對計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置數(shù) [15][19]。從而又產(chǎn)生一個高位 4位二進(jìn)制數(shù) 。 然而經(jīng)過光電二極管又經(jīng)放大的電壓信號是正弦曲線 ， 所以電壓比較器在此的作用非常重要 。波形整形電路是通過一個電壓比較器將正弦波 、 三角波等轉(zhuǎn)換成高低電平 。 固體光電器件包括 ： 光敏電阻 、 光電池 、 光電二極管 、光電三極管等 。 圖 光電可逆計(jì)數(shù)器系統(tǒng)原理框圖 計(jì)數(shù)器各部分結(jié)構(gòu)及選擇 1） 接收電路 ： 由于現(xiàn)在設(shè)計(jì)的這個光電可逆計(jì)數(shù)器系統(tǒng)的目的是對光信號干涉條紋進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 所以接收電路主要任務(wù)是接收光信號，然后轉(zhuǎn)換成電信號 ， 又通過所接負(fù)載轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出 。為了解決這一問題，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換并放大整形后，信號進(jìn)入一 方向判別電路，該電路把計(jì)數(shù)脈沖分成加、減二種脈沖，工作臺正向移動時(shí)引起的脈沖為加脈沖、反向移動時(shí)引起的脈沖為減脈沖、把這兩種脈沖分開后送入可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。不象平板分光鏡，立方體分光鏡幾 20 乎不發(fā)生光軸偏移和重影現(xiàn)象。在入射面和出射面，鍍了防反射多層膜。5 10000 1800 分光棱鏡 多層電介質(zhì)膜立方體半反射鏡由兩塊直角棱鏡組成。當(dāng)曲率半徑處于1 mm 附近時(shí)，干涉條紋圖樣（ 1）和（ 2）幾乎無變化，對實(shí)驗(yàn)無影響；當(dāng)曲率半徑為 1 mm時(shí)，干涉條紋圖樣（ 3）可以觀察到期條紋已發(fā)生彎曲，但是其條紋寬度變化不大，對實(shí)驗(yàn)影響不大； 當(dāng) 曲率半徑為 5 mm時(shí)，條紋圖樣（ 4）變化較大，條紋寬度不均勻，對后期的實(shí)驗(yàn)有一定影響，這時(shí)要小心，注意實(shí)驗(yàn)的結(jié)果；當(dāng) 曲率半徑為 1 mm時(shí)， 通過（ 5） 可以明顯觀察到條紋圖樣已不是等候干涉圖樣，接近等傾干涉，此時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)會產(chǎn)生很大的誤差，應(yīng)及時(shí)調(diào)整或調(diào)換鏡片，以保證實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。 （ 1） 光程差為 1mm （ 2） 光程差為 （ 3） 光程差為 （ 4） 光程差為 1mm 圖 不同光程差下的等傾干涉圖樣 分析 根據(jù) (1)和 (2)兩圖可知，由于參考鏡 M1在 M2‘上方，光程差從 1mm變?yōu)?，干涉條紋由外向里運(yùn)動，中心的暗斑變?yōu)榱涟撸?并且亮紋變粗，條紋間距變大， 就是 “ 吞進(jìn) ” 18 根據(jù)（ 3）和（ 4）兩圖可知，參考鏡 M1在 M2‘下方，光程差從 1mm時(shí)，干涉條紋由里向外運(yùn)動，且亮紋變細(xì)，條紋間距變小 ， 就是 “ 吐出 ” 。 先保持其他物體不動，只移動參考鏡 M2，分別設(shè)置 M2到分束棱鏡的距離為 、 、 、 ，按照順序慢慢移動 M2，經(jīng)過四個位置的光程差分別為 1mm、 、 、 1mm。 根據(jù)公式可得，當(dāng)波長不變，折射率不變，傾角 越大， b也越小，即相鄰的兩個暗（明）條紋間距越小，模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果頁理論相符。 16 (1)M1鏡與 y軸成 (2)M1鏡與 y軸成 (3)M1鏡與 y軸成 (4)M1鏡與 y軸成 圖 不同傾角下的等厚干涉圖樣 分析 根據(jù)以上四個圖我們可以得出結(jié)論，隨著傾角的增加，干涉條紋越細(xì)，條紋間距也越小，相同視場內(nèi)得到的干涉條紋數(shù)目也越多。條紋定域在空氣楔表面或其附近，條紋的形狀是一組平行于 M1與 M2的直條紋 。 圖 非序列模式模型 參數(shù)設(shè)置 圖 ZEMAX設(shè)計(jì)的 邁克爾遜干涉儀 2D圖 15 面光源發(fā)出光線，經(jīng)過兩個分束棱鏡時(shí)發(fā)生反射和折射，反射光 經(jīng)過參考鏡 M1的發(fā)射后與經(jīng)過樣品鏡 M2反射的折射光線在空間進(jìn)行干涉，最后形成的干涉條紋 被探測器接受。 4 探測器的設(shè)置 模塊 6則是在 TYPE菜單中選擇 DETECTOR RECT (探測儀 )，設(shè)置 Z為 15， Y為 15。 14 2 分束棱鏡的設(shè)置 重復(fù) Insert after，將 2和 3設(shè)置成 Poly Object（多模塊），然后在 Data File 中選擇 （表示三棱柱） ， 設(shè)置 2旋轉(zhuǎn)度為 0， 3旋轉(zhuǎn)度為 180， 透反率設(shè)置成 99%的反射和 99%的折射，材質(zhì)設(shè)置為 BK7（普通玻璃），然后將模塊 2和模塊 3的 Z設(shè)置成 10，這樣一個分束棱鏡就設(shè)置好了。然后將 power設(shè)置成 1W，表示光線的功率為 1W，因?yàn)楣饩€經(jīng)過分束棱鏡的折射投射后，會有一定得能量損 失，如果設(shè)定的功率不夠，很有可能得不到圖像，或者圖像不清晰。點(diǎn)擊 Edit,找到 Insert after，重復(fù) 5次就能出現(xiàn) 6個模塊，然后雙擊 1的 Null Object（空物體），將 TYPE的下拉菜單中選中 Source Ellipse，表示面光源的意思。接下來是各組成部分的建立： 1 光源的設(shè)置 點(diǎn)擊主選單 system下的 wavelengths，設(shè)置單色光波長 為 。利用 ZEMAX軟件，在非序列模式下建立寬場 OCT模型。非共軸模式中的基本分析方式是追跡光線到一個或多個探測物體 ，考慮這些，我選擇了 非序列模式下 來 建立 邁克爾遜干涉儀的 模型 。 為了簡化用戶界面，在非共軸模式下的菜單和按鈕中把不適用的功能都 清除 了。不適用視場對話框。不適用物面和象面。這是設(shè)計(jì)成像系統(tǒng)或者其他需要優(yōu)化、計(jì)算公差和進(jìn)行詳細(xì)象質(zhì)分析的系統(tǒng)時(shí)推薦使用的模式。在共軸模式下，所有程序功