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相移相位测量法是一种高精度相位测量方法,它通过在相同频率的两束光波之间引入光程差,从而实现相位的变化,相移法采用CCD直接获取干涉图,再加上一定的时间调制,采集三幅以上的条纹图,经简单的运算可以获得被测物理量的相位信息。为了提高系统硬件的使用效率、操作的自动化程度和相移的测量精度,本文从理论分析、功能齐全、操作方便出发设计和研制相移测量系统。
本文运用LabVIEW设计一套相移测量系统。系统以压电陶瓷(PZT)作为相移执行器,并结合数据、图像采集卡进行数据和图像的采集与分析。由于PZT具有体积小、响应快、位移量大及精度高等优点,已成为目前应用非常广泛的微位移执行器。但是由于压电陶瓷的位移与驱动电压之间的非线性对微位移量的精确控制会产生一定的难度,所以对PZT进行校正具有重要的意义。
本系统共分监视模块、数据采集模块、相移器校正模块、图像采集模块,其中监视模块具有观察环境对条纹的影响以及调整条纹状态的功能,数据采集具有实时采集PZT移动对应条纹光强值变化的功能,校正模块具有相移器校正功能,图像单元具有实时图像采集功能。
为了改善PZT非线性特性以提高PZT移动的精度,本文基于LabVIEW提出了一种新的PZT校正算法,通过求出最值和均值再转换成PZT的位移,此算法计算量小,精度高,可以方便快捷地得出PZT相移器的线性电压区间,在此区间内系统通过控制数据采集卡输出电压驱动PZT移动的位移达到纳米(nm)量级,提高了PZT的移动精度。
本文在图像采集模块提出一种新的采集图像方法,可根据实验要求设定每驱动压电陶瓷N步采集一幅图像,实现了驱动与采集的自动化,具有同步的特点。由实验结果表明系统可以方便快捷以及高精确度地采集到相应相移量的干涉图。
通过系统在实际实验中的应用证明,系统具有稳定、方便、快捷功能实用的特点,并在数字全息、相位测量等方面得到很好的运用。