激光散斑测试微位移控制系统研究

作     者：朱鹏勃 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘缠牢;田星

授予年度：2024年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：激光散斑测试系统 剪切干涉测量 压电陶瓷 驱动电源 

摘      要：随着科学技术的不断发展,激光散斑测试技术的应用越来越广泛。激光散斑测试技术自从应用于无损检测以来,发展迅速,目前已经进入激光错位剪切技术时代。激光错位剪切技术也称为剪切干涉技术,在剪切干涉技术中,能产生不同相位的微位移系统是剪切光路中重要的组成部分[1],而在微位移系统中,压电陶瓷凭借分辨率高、位移小等优点,已经成为产生微位移的理想元件。 因此,本论文以剪切干涉光路中的相移技术所需的压电陶瓷微位移控制系统作为重点研究工作,设计一款能够一边驱动压电陶瓷进行相位位移一边进行相机采图工作的微位移系统。论文主要内容如下: 首先,介绍了压电陶瓷驱动电源的不同种类和研究现状,对压电陶瓷驱动电源进行了分类和优缺点的分析,在不同的驱动电源方案中选择出适合本次设计的基础理论支撑方案。针对于设计需求,对所需要达到的技术指标进行了要求。 其次,基于技术指标,对总体方案进行了规划构思,通过压电陶瓷的特性确定微位移控制系统中压电陶瓷的驱动方式。同时,对系统的软件、硬件控制方案进行了设计和规划,介绍了激光散斑测试系统的原理和本论文所需两个光学系统的原理,并且对图像分析所使用到的参数进行了计算。对于驱动电源的硬件电路,选择STM32单片机作为主控制芯片,通过触摸屏幕下发指令,实现下位机一体形式进行控制。对于软件方案,使用C语言对单片机程序进行编写,以满足各个部分的功能实现。 最后,需要对电压放大电路进行测试实验,符合要求后,进行压电陶瓷在施加驱动电压后的位移特性实验,找出相机拍摄散斑图的时间,并对硬件电路中的电压输出电路和采集电路的线性关系进行测试。再通过搭建迈克尔逊干涉系统对压电陶瓷在不同电压下输出的位移进行测量,通过图像处理软件拟合出曲线方程,并且计算压电陶瓷输出不同相位位移所需要的驱动电压。最终搭建剪切干涉光路对上述得到的实验结果进行应用和分析。