光探针测量系统中瞄准信号的检测与处理的研究

论文摘要

表面测量是几何量测量中的一个重要领域。随着微细加工、微光学、微电子学及微机械学等学科技术的不断发展,越来越多的微器件需要进行精密三维测量。同时,对于较大尺寸器件,对其表面形貌的测量精度的要求也在不断提高。因此,对于表面轮廓的精细测量,已成为现代精密测试技术研究的重要课题。本课题所研究的瞄准信号的检测与处理系统是黑龙江省科技攻关项目“多光针表面形貌测量系统”中的一个子课题。该表面形貌测量系统利用差动共焦技术,实现高精度、高分辨力的非接触表面形貌测量。而对于采用高精度的共焦成像多光探针法测量表面形貌的系统,其瞄准测头作为信号拾取的装置,在系统中占重要地位。本文首先详细介绍了差动共焦光探针测量系统的测量原理,分析了光束在光学系统中传播的能量损失。并据此提出了光信号接收及转换电路的设计方案及电信号的处理方案。本文详细设计了瞄准信号的检测处理电路,其中重点分析了光电探测器的基本特性及其前置放大器,即电流-电压转换电路部分的设计。对于后续处理电路包括放大、滤波、加减法及比较电路给出了详细设计方法并编写了本课题数据处理软件。通过设计模拟实验,测试系统各个部分,其工作性能良好,可以作为共焦光探针测量系统的瞄准信号的检测和处理装置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 研究目的和意义
• 1.1.2 共焦测量技术发展现状
• 1.1.3 课题来源
• 1.2 本文研究的主要工作
• 第2章 瞄准信号的检测与处理系统总体设计
• 2.1 差动共焦法测量原理
• 2.1.1 共焦测量原理
• 2.1.2 差动共焦测量基本原理
• 2.2 瞄准信号检测与处理系统的总体设计方案
• 2.3 光探针系统的光路结构及光信号的拾取
• 2.3.1 差动共焦光探针测量系统的光路结构
• 2.3.2 光通过光系统时的能量损失
• 2.3.3 本系统中光信号传播过程中的光能损失
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统硬件电路设计
• 3.1 光电转换和前置放大电路
• 3.1.1 光电转换器件
• 3.1.2 前置放大器的必备功能
• 3.1.3 光电二极管前置放大电路设计
• 3.2 后级放大及滤波电路
• 3.2.1 后级放大电路设计
• 3.2.2 滤波电路设计
• 3.3 减法电路及加法和比较电路
• 3.3.1 减法电路设计
• 3.3.2 加法电路设计
• 3.3.3 比较器电路设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 数据采集及其软件程序设计
• 4.1 数据采集卡的选择
• 4.1.1 数据采集卡的参数选择
• 4.1.2 研华PCI-1710 型数据采集卡介绍
• 4.2 软件设计概述
• 4.3 数据采集程序设计
• 4.3.1 数据采集上卡硬件配置的软件设置方法
• 4.3.2 数据采集程序的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验调试
• 5.1 光电探测器接收信号的实验
• 5.2 模拟电路的调试
• 5.3 数据采集的实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢