基于正交衍射光栅的三维位移传感器的理论研究
发布时间：2021-04-05 06:54
工业生产技术和生产水平的高速发展,尤其是航空航天测控技术,MEMS制造技术,纳米加工技术等技术的发展和应用,对精密位移测量技术提出了越来越高的要求,推动了精密位移测量技术朝着大量程,多维度和高速度的方向发展。本文将对基于正交衍射光栅的三维位移传感器进行理论研究,解决测量光栅的跟踪速度和细分倍数之间的矛盾,扩展位移测量的维度,实现对XYZ三个方向位移量的测量。本文的主要工作包括1.在对一维光栅、二维光栅的衍射特性和光栅位移测量理论分析的基础上,对传统的基于正交衍射光栅的位移传感器进行改进,采用栅距为1um的二维正交测量光栅和二维正交参考光栅搭建光路,通过对±1级次衍射条纹的检测,实现了XYZ三个方向上位移量的测量。在光路设计中,设计了基于反射镜的分光光路,减少了光束的能量损失,提高了信噪比。使用ZEMAX软件对光路测量原理和分光光路的功能进行了仿真验证。光路结构中,采用光栅的自准直结构对Z轴向的位移量程进行了扩展。2.设计了基于USB总线的信号处理方案。方案中,采用STM32F407作为主控单元,并对干涉条纹的整周期变化数进行计数;对不满一个周期的相位变化,采用软件细分的方法求解。采用正...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直线式光栅尺的结构
图 1-3 美国 Optra 公司设计的二维光栅位移测量系统mensional grating displacement measurement system designed by O光栅测量系统和激光干涉仪进行组合，同样可以实现三栅搭建测量光路，利用二维衍射光栅在 X 方向和 Y
图 1-4 光栅相对运动产生莫尔条纹g.1-4 Moire fringes produced by relative motion of grat国的 Heidenhain 公司提出了基于光栅干涉的干涉扫描式直线光栅尺，其分辨力可达 0.02u
【参考文献】：
期刊论文
[1]STM32CubeMX的高速USB通信模块设计[J]. 罗瑶,魏忠义,朱磊,郭林源. 单片机与嵌入式系统应用. 2017(09)
[2]基于STM32的高速USB通信模块设计与实现[J]. 田瑜. 信息通信. 2017(07)
[3]基于PXI高速多通道AD采集卡的设计[J]. 伍伟,刘亚斌,张秀磊. 电子设计工程. 2017(12)
[4]基于遗传算法的光栅信号辨识与偏差补偿研究[J]. 杨华晖,冯伟利,刘福. 激光与光电子学进展. 2016(12)
[5]一种体相位全息透射式光栅的光谱仪分光系统[J]. 任重,刘国栋,黄振. 中国激光. 2015(06)
[6]基于FPGA的高速多通道AD采样系统的设计与实现[J]. 徐加彦,张之万,陈兴林,张广莹. 自动化与仪表. 2014(09)
[7]中阶梯光栅分光光路的设计[J]. 刘海涛,黄元申,李柏承,倪争技. 光学仪器. 2013(03)
[8]锁相倍频细分中光栅位移跟踪速度与分辨率的关系[J]. 郭雨梅,孟凡波,邱燕霖. 仪表技术与传感器. 2012(11)
[9]高密度单光栅衍射光干涉线位移测量系统[J]. 李琳,杨鹏,艾华. 传感器与微系统. 2010(11)
[10]高速高精度光栅位移传感器辨向与细分算法的设计[J]. 曹卫锋,张梅,文方,谢泽会. 组合机床与自动化加工技术. 2010(09)
博士论文
[1]变栅距光栅位移传感器的若干问题研究[D]. 刘正坤.中国科学技术大学 2009
[2]高精度二维平面光栅测量系统及关键技术研究[D]. 夏豪杰.合肥工业大学 2006
硕士论文
[1]基于衍射光栅的信号处理和细分技术的研究[D]. 王裕.大连理工大学 2015
[2]基于条纹相移的光栅干涉仪定位系统超精密位移测量方法与实验研究[D]. 陈家宝.上海交通大学 2015
[3]基于二维光栅的高精度三维位移测量系统[D]. 关健.哈尔滨工业大学 2014
[4]基于衍射干涉原理的高精度光栅位移测量系统研究[D]. 王雪英.哈尔滨工业大学 2014
[5]基于幅值采样技术的光栅信号细分的研究[D]. 李金艳.哈尔滨理工大学 2013
[6]基于双光栅干涉的位移测量系统设计[D]. 张金华.华中科技大学 2013
[7]基于衍射光栅的高精度位移测量系统的设计[D]. 邸晶晶.哈尔滨工业大学 2012
[8]高精度光栅信号处理方法研究[D]. 王维东.合肥工业大学 2012
[9]基于STM32的高速大容量数据采集存储系统设计[D]. 丁珍红.上海交通大学 2011
[10]小型光栅位移传感器设计[D]. 刘阳阳.长春理工大学 2008
本文编号：3119356
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直线式光栅尺的结构
图 1-3 美国 Optra 公司设计的二维光栅位移测量系统mensional grating displacement measurement system designed by O光栅测量系统和激光干涉仪进行组合，同样可以实现三栅搭建测量光路，利用二维衍射光栅在 X 方向和 Y
图 1-4 光栅相对运动产生莫尔条纹g.1-4 Moire fringes produced by relative motion of grat国的 Heidenhain 公司提出了基于光栅干涉的干涉扫描式直线光栅尺，其分辨力可达 0.02u
【参考文献】：
期刊论文
[1]STM32CubeMX的高速USB通信模块设计[J]. 罗瑶,魏忠义,朱磊,郭林源. 单片机与嵌入式系统应用. 2017(09)
[2]基于STM32的高速USB通信模块设计与实现[J]. 田瑜. 信息通信. 2017(07)
[3]基于PXI高速多通道AD采集卡的设计[J]. 伍伟,刘亚斌,张秀磊. 电子设计工程. 2017(12)
[4]基于遗传算法的光栅信号辨识与偏差补偿研究[J]. 杨华晖,冯伟利,刘福. 激光与光电子学进展. 2016(12)
[5]一种体相位全息透射式光栅的光谱仪分光系统[J]. 任重,刘国栋,黄振. 中国激光. 2015(06)
[6]基于FPGA的高速多通道AD采样系统的设计与实现[J]. 徐加彦,张之万,陈兴林,张广莹. 自动化与仪表. 2014(09)
[7]中阶梯光栅分光光路的设计[J]. 刘海涛,黄元申,李柏承,倪争技. 光学仪器. 2013(03)
[8]锁相倍频细分中光栅位移跟踪速度与分辨率的关系[J]. 郭雨梅,孟凡波,邱燕霖. 仪表技术与传感器. 2012(11)
[9]高密度单光栅衍射光干涉线位移测量系统[J]. 李琳,杨鹏,艾华. 传感器与微系统. 2010(11)
[10]高速高精度光栅位移传感器辨向与细分算法的设计[J]. 曹卫锋,张梅,文方,谢泽会. 组合机床与自动化加工技术. 2010(09)
博士论文
[1]变栅距光栅位移传感器的若干问题研究[D]. 刘正坤.中国科学技术大学 2009
[2]高精度二维平面光栅测量系统及关键技术研究[D]. 夏豪杰.合肥工业大学 2006
硕士论文
[1]基于衍射光栅的信号处理和细分技术的研究[D]. 王裕.大连理工大学 2015
[2]基于条纹相移的光栅干涉仪定位系统超精密位移测量方法与实验研究[D]. 陈家宝.上海交通大学 2015
[3]基于二维光栅的高精度三维位移测量系统[D]. 关健.哈尔滨工业大学 2014
[4]基于衍射干涉原理的高精度光栅位移测量系统研究[D]. 王雪英.哈尔滨工业大学 2014
[5]基于幅值采样技术的光栅信号细分的研究[D]. 李金艳.哈尔滨理工大学 2013
[6]基于双光栅干涉的位移测量系统设计[D]. 张金华.华中科技大学 2013
[7]基于衍射光栅的高精度位移测量系统的设计[D]. 邸晶晶.哈尔滨工业大学 2012
[8]高精度光栅信号处理方法研究[D]. 王维东.合肥工业大学 2012
[9]基于STM32的高速大容量数据采集存储系统设计[D]. 丁珍红.上海交通大学 2011
[10]小型光栅位移传感器设计[D]. 刘阳阳.长春理工大学 2008
本文编号：3119356
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