伴随着超精密加工制造业的迅猛发展,对小型化、高精度的位移测量手段的需求也与日俱增。光纤干涉测量技术因其具有的精度高、抗干扰性强、环境适应力高等特点,正在被越来越多地研究和应用。与其他种类的光纤干涉仪相比,法布里-珀罗(F-P)型光纤干涉仪的结构更加简单可靠,能适应更加复杂的环境,目前已成为众多国家的重点研究项目。对于干涉型相位测量来说,解调方法的好坏将会直接关系到相位测量系统性能的优劣。相位生成载波(Phase Generated Carrier,PGC)技术是一种常用的零差调制解调方法,具有灵敏度高、解调简单的优点,被广泛地应用于光纤干涉测量中。但是传统的PGC调制解调方案缺少完整的精度模型分析,没有给出调制深度、调制载波频率等关键参数对解调系统性能的影响,给针对特定性能指标设计调制解调系统带来了难度。另外,由于存在激光器调制的响应时间、光电探测器的转换时间、模拟电路的延迟时间等因素,需解调的干涉信号输入相对于调制信号输出将会不可避免地存在一个相位延迟量,进而会导致了解调过程中信号衰落的问题,在相位延迟角为15°时就会引入高达3.09°的相位测量误差,制约了测量精度的提高。由于以上原因,研究PGC调制解调过程中的精度模型以及相位延迟补偿方法对于光纤干涉测量领域具有重要的意义。在上述背景条件下,本文进行了以下几方面的研究:(1)针对现有PGC调制解调方案缺少完整系统误差模型的问题,本文详细分析了PGC调制与解调过程的原理,对调制深度、模数转换采样率等参数与调制解调系统位移测量性能指标之间的关系进行了推导,建立了完整的PGC解调数学模型,确立了调制解调系统各模块的功能划分与精度分配。(2)针对PGC解调过程中存在的相位延迟导致信号衰落问题,本文分析了相位延迟所引入测量误差的作用形式,提出了一种自适应相位延迟补偿算法,自动检测并补偿调制解调系统当前的相位延迟量。经测试补偿后由相位延迟所引入的相位测量误差优于0.019°。(3)设计出了一套基于FPGA高速信号处理的数字PGC调制解调系统,利用DDS技术设计了高速正弦调制输出单元,搭建了F-P光纤干涉仪的测试光路,建立了PGC调制解调系统的实验测试平台。分别进行了电信号的动态范围、分辨力与精度测试以及使用高精度位移台进行的位移分辨力测试。电信号的测试结果表明,本设计的数字PGC调制解调系统的位移测量速度优于122.8mm/s,位移分辨力优于0.11nm,位移测量精度为±0.10nm。位移台测试有效分辨力优于0.4nm。