光栅干涉型微位移测量系统关键技术研究

发布时间：2022-08-04 14:47

　　随着纳米技术的发展,微位移检测日益成为超精密加工与测量中的一项重要技术。其中,光栅微位移测量技术由于精度高、分辨率高、成本低、体积小、结构简单等优点受到人们广泛关注。针对目前光栅微位移测量中光束衍射效率低、干涉信号对比度差和分辨力不高等问题,本文设计了一种光栅干涉型微位移测量系统,并对其关键技术展开研究。利用零级衍射光与反射光的干涉效应,与四象限探测器和细分电路相结合,实现高精度的位移测量。首先,分析现阶段几种主流位移传感器的测量方式,对比其优缺点;区别于利用传统几何莫尔条纹原理的光栅尺系统成本高、结构复杂的缺陷,基于光栅衍射与干涉的微位移测量系统具有结构简单、分辨力高的优势。其次,从原理上介绍了不同的光栅位移检测技术,总结了波动光学中基本光栅衍射与干涉现象,然后运用傅里叶光学原理和光栅泰伯像原理分别分析单光栅结构与双光栅结构的数学模型。相关工作为单光栅和双光栅微位移测量系统的结构设计与仿真研究做铺垫。然后,对光栅微位移测量系统光学结构展开设计研究,介绍所设计微位移传感器工作原理,对整个微位移测量系统的结构进行规划;重点对单光栅与双光栅的光学结构进行优化设计,然后通过软件仿真分析其不同... 

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景、目的和意义
    1.2 国内外现状分析
        1.2.1 国外微位移测量技术发展现状
        1.2.2 国内微位移测量技术发展现状
        1.2.3 国内外分析比较
    1.3 课题来源、目的及研究内容
2 光栅微位移测量系统的理论分析
    2.1 几何光学原理
    2.2 波动光学原理
    2.3 傅里叶光学原理
        2.3.1 一维矩形光栅的透射函数
        2.3.2 单光栅微位移测量系统数学模型
    2.4 光栅泰伯像原理
        2.4.1 泰伯效应
        2.4.2 双光栅微位移测量系统数学模型
    2.5 本章小结
3 光栅微位移测量系统的设计与研究
    3.1 单光栅微位移测量系统
        3.1.1 单光栅微位移测量系统结构设计
        3.1.2 单光栅微位移测量系统仿真分析
    3.2 双光栅微位移测量系统
        3.2.1 双光栅微位移测量系统结构设计
        3.2.2 双光栅微位移测量系统仿真分析
    3.3 光栅加工与工艺设计
    3.4 本章小结
4 光栅微位移测量系统光电探测与性能测试
    4.1 高精度光电探测技术研究
        4.1.1 激光准直及扩束系统设计
        4.1.2 四象限探测技术研究
        4.1.3 光栅设计
    4.2 电子细分技术研究
    4.3 光栅微位移测量系统实验与测试
        4.3.1 系统整体构成
        4.3.2 系统性能测试
    4.4 系统误差分析
        4.4.1 光路因素
        4.4.2 电路因素
        4.4.3 环境因素
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 未来展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢



本文编号：3669738