相位光栅干涉传感在位移测量中的应用研究

发布时间：2021-07-06 11:02

　　伴随精密制造技术的快速发展,高精度的位移测量技术成为测量领域关注的核心问题。深入分析相位光栅干涉测量原理可知,相位光栅干涉传感的分辨率属于微米级,甚至可达纳米级,将相位光栅干涉传感用于位移测量中可大大提升测量精度。因此,设计一种基于相位光栅传感器的位移自动测量系统,系统采用高对称性的四象限光电管,确保收到的干涉条纹信号不存在分散性,获取高信噪比的两路正交光电差分信号;将信号通过前置方法、去噪、去除直流偏置以及差动放大后,处理为方波信号传输至GAL16V8（可编程逻辑器件）和单片机进行四倍频细分以及辨向处理后,使用12A/D芯片AD1674对信号进行模数变换,得到干涉条纹信号的瞬时相位角,依据该相位角获取光栅位移值,单片机依据位移值的线性逼近值修正位移测量误差。研究结果表明,该测量系统测量值与实际值的差值仅有0. 006μm,测量精度较高;与同类测量系统相比,可在短时间内完成高精度位移测量任务,在存在噪声的环境中进行位移测量时,该系统抗干扰性始终大于0. 8。 

【文章来源】：激光杂志. 2020,41(04)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

光栅干涉测量原理

图2是基于相位光栅传感器的位移自动测量系统原理示意图:基于光栅传感器的位移自动测量系统中，位移测量主要通过相位光纤移动出现的莫尔条纹和光电检测电路相配合而实现，同时核心构成信号处理和控制主要通过单片机完成[8]。因为此系统存在自动判断光栅移动方向、预置初值、完成自动定位控制和越限报警、开机自检、断点保护、温度误差调整以及上位机实现通信等功能，其中输出方式是BCD码，2732、8255与8155为芯片名称，P表示功率，A、B、C表示功率分类序号，三态输出的八D锁存器为图1中的74LS373,T为测量周期。

四象限光电管具有较高的对称性，参数不存在分歧，且收到的干涉条纹信号不存在分散性，所以可以较好地约束直流信号，得到高信噪比的光电差分信号，提高了干涉测量的抗干扰性能[11]。光电管在干涉条纹里的设置如图3所示:为了便于分析，假定光电管的中心位置和干涉条纹中心位置重叠，在干涉条纹区域中，差分信号通过光电管获取[12]。设定四个光电管，光电管边长都是c，条纹宽度设成e，四象限相对干涉条纹旋转角度设成θ，使用积分分析法分析光电管1、2和光电管3、4获取的两个正弦信号差是:

【参考文献】：
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本文编号：3268116