基于光电信号驻波调制的时栅位移感器行波形成新方法的研究

发布时间：2017-05-11 15:15

  本文关键词：基于光电信号驻波调制的时栅位移感器行波形成新方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：时栅位移传感器,是国内新出现的位移传感器,这种传感器与传统的栅式位移传感器不同,它采用“时空转换思想”,回避了传统栅式位移传感器在栅尺加工上,对高精度的精密机械刻线的依赖,降低了成本及加工难度,有着举足轻重的应用价值,并且由中国人发明,并拥有自主知识产权。因此继续推进时栅位移传感器的研制和发展,有着重要意义和价值。在早期时栅位移传感器的研究基础上,对时栅位移传感器中的关键步骤——形成行波来构建时栅位移传感器的“无限长匀速运动的栅尺”,提出一种新的行波形成方案,希望通过采用光电信号和驻波调制的方法来形成时栅所需要的行波,依据新方案来设计新的时栅位移传感器模型,扩宽时栅位移传感器现有的研究思路,从而推动时栅位移传感器的研制和发展。课题组提出的这种时栅位移传感器行波信号合成新方法,采用光电耦合和驻波调制的方法,包括光源、定栅尺和动栅尺、光电信号探测、信号处理模块等。由正弦和余弦激励驱动光源发出时间上正弦和余弦变化的光强,透过定栅尺和动栅尺后,由光电池探测光信号并将其转化为电信号,并对其进行放大、滤波处理,再配合空间上即定栅尺和动栅尺上透光部分的相对位置,得到两路驻波调制信号,再由两个驻波合成便可得到时栅位移传感器所需的行波信号。在这个过程中,主要做了以下几个方面的内容:1)对时栅位移传感器的测量原理进行了简介,时栅位移传感器使用“时空转换”的思想实现位移的测量,与其他栅式位移传感器相比有着原理上的优势。2)通过对现有时栅位移传感器的行波模型进行分析,提出了行波形成新方法,驻波和行波在一定条件下可以相互转换,通过光电耦合的方式,提出基于光电信号驻波调制的方法来获得所需的行波信号,对数学模型进行了推导。3)对实验整体方法进行了设计,在直接透光式模型和反射光式模型中,选择了容易实现的直接透光式模型。4)根据模型,搭建了实验平台,选用了LED光源中的COB集成光源,栅尺材料选择了对玻璃极板进行光学镀膜的方式,使用L-Edit Pro对栅尺栅面图形进行绘制,对实验所需的实验基座进行了设计与优化,以及相关电路的设计。5)在实验平台上,对行波形成新方法进行实验。首先进行了驻波验证实验和行波验证实验,验证了行波形成新方法的可行性。为进一步验证该方法获得的行波信号对时栅位移传感器的性能,进行了精度实验和重复性实验。对基于光电信号和驻波调制获得行波的新方法,属于新型研究,取得了一定进展,验证了方案的可行性和正确性,但仍然还需进一步研究,还有一些问题有待解决。
【关键词】：时栅位移传感器 行波信号 驻波调制 光强 光电信号
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 前言11-12
• 1.2 位移传感器国内外研究现状12-16
• 1.2.1 位移传感器12-13
• 1.2.2 国外研究现状13-14
• 1.2.3 国内研究现状14-16
• 1.3 课题的背景和意义16-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-19
• 2 时栅位移传感器原理及行波形成新方法19-35
• 2.1 时栅位移传感器的原理简介19-22
• 2.1.1 传统栅式位移传感器19-20
• 2.1.2 时栅位移传感器的原理优势20-22
• 2.2 行波是时栅位移传感器的关键环节22-23
• 2.3 单齿式及磁场式时栅行波产生方法及问题23-26
• 2.3.1 单齿式时栅行波产生方法23-24
• 2.3.2 磁场式时栅行波产生方法24-25
• 2.3.3 现有时栅行波产生方法问题25-26
• 2.4 时栅位移传感器行波形成新方法26-33
• 2.4.1 时栅思想与光电的结合26
• 2.4.2 时栅行波形成新方法的整体构建方案26-27
• 2.4.3 行波与驻波的相互转换27-29
• 2.4.4 光电信号驻波调制合成行波29-33
• 2.5 本章小结33-35
• 3 时栅位移传感器行波形成新方法实验整体方案设计35-39
• 3.1 实验系统整体方案35-36
• 3.2 直接透光式方案36
• 3.3 反射光式方案36-37
• 3.4 实验方案选定37
• 3.5 本章小结37-39
• 4 时栅位移传感器行波形成新方法实验系统设计39-57
• 4.1 LED光源39-42
• 4.1.1 LED光源及特性39-40
• 4.1.2 COB集成面光源40-42
• 4.2 定栅尺和动栅尺的制作42-44
• 4.3 实验基座设计与优化44-50
• 4.3.1 实验基座方案一44-46
• 4.3.2 实验基座方案二46-49
• 4.3.3 实验基座方案三49-50
• 4.4 光电转换电路设计50-53
• 4.5 行波信号合成电路设计53-54
• 4.6 信号处理系统54-55
• 4.7 本章小结55-57
• 5 实验结果与分析57-65
• 5.1 实验平台安装57-58
• 5.2 原理性实验58-60
• 5.2.1 驻波形成实验58-59
• 5.2.2 行波形成实验59-60
• 5.3 性能测试实验60-62
• 5.3.1 精度实验60-61
• 5.3.2 重复性实验61-62
• 5.4 误差分析62-63
• 5.5 本章小结63-65
• 6 总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-72
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果72

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本文编号：357526