2012312学生科研项目申请书1

1、申请类别自然科学人文社科 贵州民族学院学生科研项目申请书编号：项目名称： 激光干涉测长仪信号处理的研究 申 请 者： 张 家 文 所在院部： 计算机与信息工程学院 电 话：申请日期： 2012 年 3月 11 日项目名称激光干涉测长仪信号处理的研究起止时间2012年3月至2013年3月申请金额（千元）1申请者姓 名张家文性别男出生年月1991.08民族布依所学专业或研究方向光信息科学与技术项目组总人数3指导教师聂思敏成果形式：A 研究报告 B论文 D其他D（硬件及报告）项 目 组 成 员姓 名性别年龄所学专业学院、部课题分工签 名张家文洪景三许毅强男男男212223光信息应用物理光信息计信学院

2、理学院计信学院总体设计与研究理论研究论文的撰写1.本课题国内外研究概况，本课题的基本内容、要解决的关键问题及理论意义（不少于1000字）激光由于有优异的单色性、方向性和高亮度，使它在多方面得到应用。例如，激光在加工工业中被用来完成打孔、焊接、切割、快速成型，在医学中制造了激光手术刀、激光近视眼治疗仪、激光辐照仪，在IT产业中大量用来做光通讯、光存储、光信息处理的光源，在近代的科学研究中用于受控核聚变、光谱分析、操纵原子、诱导化学反应、乃至探索宇宙的起源，但是其最早期的应用还是在计量领域。尤其因为它可以与自然基准光的波长直接相联系，实现高精度测量，在长度测量领域得到了大量的应用。干涉测量技术是以

3、光的干涉现象为基础进行测量的一门技术。在激光出现以后，加之电子技术和计算机技术的发展，隔振与减振条件的改善，干涉技术得到了长足进展。干涉测量技术大多数是非接触测量，具有很高的测量灵敏度和精度，而且应用范围十分广泛。一 激光干涉测长：精密测长仪器、测量距离、直线度、垂直度、平行度、平面度; 二 激光测角：精密角度的测量;三 激光测气体折射率;四 激光测量温度、压力等。自从AAMechlson于1881年创制“迈克尔逊”干涉仪以来，干涉法测量在长度计量中得到越来越广泛的应用。由于激光干涉仪在非接触高精度测量领域无可比拟的优点世界上各发达国家对其发展都给予足够的重视，相继开发研制出各种性能优良的激光

4、干涉仪。如目前世界上比较典型、应用较成熟的双频激光干涉仪有美国HewlettPackard公司生产的HP系列双频激光干涉仪，美国Zyg公司研制的用于DSW光刻机X、Y工作台直线及角位移测量的双频激光干涉测量系统。进入21世纪，科学技术、知识、信息更趋于世界化，同时也要求产品具有高性能、微型性干涉仪、增强其抗干扰能力，使得其成本更低、高精度来适应现代工业发展，所以激光干涉测长仪的信号处理系统一直备受人们的关注 。我国随着现代化的国防建设、工业生产和科学技术的飞跃发展，无论是在元件的生产还是机器的安装，精密度的要求越来越高，各种机床、加工装置等工业上重要的设备向超大型化、微型化、精密化和自动化方向

5、发展。因此，精密测量的工作越来越显得重要。激光的出现使得其得以实现，特别是he-ne激光器的问世以来，激光干涉仪以其特有的大测量范围、高分辨力和高测量精度等优点，在精密和超精密测长领域得了广泛的应用。伴随着电子学、光学和物理学的发展，数字电路和微机技术的应用为测量中的信号自动处理和数据处理创造了方便条件，激光技术和微机技术的结合，使激光干涉仪实现了对线位移、线速度及测量小角度以及各种形位误差等几何量的精密测量的自动化。现在在实际的干涉信号处理过程中还要考虑空气扰动、折射率波动、噪声等干扰而引入的非线性环节，提出补偿或校正来改善其系统的稳定性。因为干涉信号处理系统作为激光干涉系统的核心，人们对其

6、处理信号的精度非常重视，应用激光干涉仪测长，精度在很大程度上取决与干涉信号处理的好坏。为了达到处理精度，准确的干涉信号误差补偿和高精度的细分法成为了干涉信号处理系统的主体，所以现今对于激光干涉仪信号处理的研究主要集中在对于信号误差补偿和细分的研究上。本课题基于以上的问题和激光干涉测量信号处理的发展，而提出主要解决干涉信号的调理方法研究（信号的直流电平误差、幅度不等误差和正交误差是干涉信号主要误差）和其后的信号综合处理及控制，使其精密度更高，测量更方便、更加智能化、使其更具有现实使用意义。在前期的课程设计中能把模拟的正弦波信号通过移相得到余弦波信号，再通过放大、整形、电压抬升、细分电路、判向电路

7、、计数和显示来设计系统。系统的效果不是很理想，其中原因如下：放大整形电路存在移向；电压抬升的电压幅度存在跳动；细分及判向电路都是采用数字电路与模拟电路相结合设计，芯片利用多而且复杂；计数和显示采用单片机作为处理芯片，其处理速度和实时性的效果不是很理想。还有前级的光电传感器没有用来采集实时信号来给后级处理，误差信号补偿、放大过程中零漂移问题和计数显示只是显示出计数四倍频而没有转换为相应的测量量。基于这些问题而提出以下方案。实现方案主要是利用逻辑可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)实现信号的细分，具有精度高、速度快、实时性好等特点来实现。再通过判向及信

8、号的采集、移向系统、高精度光电传感器、放大整形、倒相、信号补偿和滤波等信号处理电路来实现。参考文献：【1】 陈家壁,彭润玲.激光原理及应用M.北京:电子工业出版社，2008. 【2】 夏宇闻.Verilog数字系统设计教程M.北京:北京航空航天大学出版社,2008. 【3】 姚远,李辰.FPGA应用开发入门与典型实例M.北京:人民邮电出版社,2010.【4】 曾光宇,张志伟,张存林.光电检测技术M.北京:清华大学出版社,2009.【5Z【6】 Z【7】 Z【8】 Z【9】 Z【10】 /ebook/detail_10149536.htmlZ 申请者签名：张家文不够填写可加页。2.主要技术路线、

9、进度、预期成果一 项目第一阶段主要对项目所涉及到的理论知识,激光原理及应用、FPGA应用开发入门与典型实例、信号与系统、光电检测技术、电子线路和数字电路进行学习和资料的查找，传感器的应用实例、数字电路设计需要注意事项、光电转换技术、干涉信号采集处理的不同方法的利与弊和激光干涉测长仪的应用现状。时间：2012年3月-2012年8月。 二 系统框架的设计与初步模块硬件电路制作。总体框架是基于激光干涉信号的处理研究而设计出来，研究不同处理方法的效果；同时按照每一种方案进行理论与实物制作研究，然后对其进行对比找出效果较好的方案。这一阶段能把初步的处理信号电路做出并应用单片机来处理计数及显示出四倍频的频

10、率。时间：2012年9月-2012年10月。三 系统计数显示及控制部分软件编写。应用FPGA来处理后级信号、控制和Verilog语言编写软件，利用不同频率正弦波信号来模拟干涉信号来测试系统理想效果与实际效果的差别并进行改进。时间：2012年10月-2012年11月。四 总体系统的最后设计及实际应用测试。运用最后设计的系统到激光干涉测长仪上进行实际的效果的测试并用上位机显示出测量的计数次数并应用公式转换为相应的长度，同时与实际的激光干涉测长仪的精度和误差进行比较。时间：2012年12月-2013年2月。五 总结报告的撰写与系统在激光干涉测长仪上运行情况最后校正，使系统的测量精度稳定性更高，用液晶

11、或上位机作为最后显示出测量物体的长度。时间：2013年2月-2013年3月。 不够填写可加页。推荐意见（推荐意见要具体说明被推荐项目的意义和申请者及项目组主要成员的学术水平，取得预期成果的可能性等）激光干涉测长仪是高精密的测量仪器，一台性能优良的仪器造价是很昂贵的。除了仪器的光学性能和机械性能外，提高一台仪器的品质可以加装微处理器，提高其自动化测量的程度，同时也可以因此提高测量的精度。该课题正是在原有的基础上对仪器进行智能化改造，有很大的研究价值。申请人已在这一方面进行过一些前期的工作，可以在以前的基础上做进一步的发展，以期达到系统化的目的。推荐人职称： 教授 专业： 物理学 签章： 聂思敏 2012 年