深亚纳米分辨力单频激光干涉仪信号实时细分技术_哈尔滨工业大学

获得奖项:第十一届竞赛决赛团队特等奖

近年来,单频激光干涉技术体现出可小型化集成、可光纤传导、无热干扰、非线性易校正、原理上无测量速度限制等特点,其在超精密和高速测量领域中已开始崭露头角。干涉信号处理技术作为激光干涉系统的核心技术之一,直接决定了干涉仪的测量分辨力和精度,并限制着干涉仪所能达到的最高测量速度和测量数据更新率。本课题针对高速超精密单频激光干涉测量方法和设备的发展需求,综合考虑测量分辨力、测量速度和数据更新率等技术指标之间的相互关系,提出一种集深亚纳米级测量分辨力、/级测量速度和数十兆赫兹动态测量数据实时输出于一体的高速超精密单频激光干涉信号处理方法。

本方法中,针对整小数分通道采样引起的整小数特征信号不同步、不等精度引入粗大测量误差的问题,研究了一种基于高速模数转换器同步捕获技术的整小数特征信号同步采样技术,实现了正余弦信号的同步采集,以及相位整小数信息的同步、等精度提取;

针对现有干涉信号小数细分技术无法兼顾分辨力和信号处理速度引起的干涉测量系统测量速度、测量分辨力和实时性互相矛盾的问题,创新性地提出了一种基于比例区间动态查表的相位小数高速实时细分处理方法,避免了传统硬件查表法存储空间过大问题,又保留了速度快、实时性强的优点;

利用高速双通道模数转换器和FPGA研制了基于信号流水处理架构的全硬件快速超精密单频激光干涉信号处理卡,并根据标准电信号模拟测试方法对干涉信号处理卡的静、动态测量分辨力和误差进行测试,实验结果表明,基于本文技术研制的干涉信号处理卡具有77.2pm的静、动态测量分辨力,最高测量速度大于2.5m/s,测量数据实时更新率达到40MHz。

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