单层衍射光栅位移传感器的设计与实现

发布时间：2024-07-06 13:58

　　微位移测量技术是目前精密加工技术、精密装配工艺以及微观尺度观测的先决条件,其发展水平反映了一个国家的工业实力及技术水平。当前,微/纳米位移测量技术的快速发展推动了数控制造、航空航天以及军工装备等高科技领域的飞速发展。光学位移检测作为目前主流的纳米位移检测技术之一,以高精度、高分辨率以及抗电磁干扰等优点受到了各国研究人员的广泛关注,并且各研究机构和高校在提升精度和提高分辨率方面做出了巨大的努力。本文利用光栅作为分光元器件,通过改进现有单层衍射光栅位移传感器的光路结构,使输出光强由单路正弦信号扩展为四路正交正弦输出,同时对细分插值电路提升传感器分辨率展开研究。首先,通过梳理分析对比目前主流光栅位移测量技术的优缺点,分析目前主流光栅位移传感器设计思路,结合单层衍射光栅位移传感器量程较小的问题,提出解决量单层衍射光栅位移传感器程较小的改进方案。通过利用偏振相移的方法实现四路正交正弦信号输出,提高传感器量程范围的同时可以利用目前较为普遍的细分插值方法实现位移分辨率的提升。然后,利用Simulink对反正切细分插值算法进行建模仿真,分析了如何利用反正切算法来提升传感器的线性度和量程。同时,由于输出...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 光栅位移传感器概述
    1.2 光栅位移传感器研究现状
        1.2.1 国外光栅位移传感器研究现状
        1.2.2 国内光栅位移传感器研究现状
    1.3 研究目的及意义
    1.4 课题来源及研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 论文组织架构
2 单层衍射光栅位移检测光路设计
    2.1 单层衍射光栅位移检测理论概述
    2.2 单层衍射光栅位移检测理论分析
        2.2.1 单层衍射光栅光学分析
        2.2.2 光栅参数仿真优化
        2.2.3 单层衍射光栅加工
    2.3 偏振相移设计
        2.3.1 偏振相移扩展量程原理
        2.3.2 偏振相移光路设计
    2.4 小结
3 细分插值电路研究
    3.1 正余弦信号细分插值技术概述
    3.2 反正切细分插值的实现及影响因素
        3.2.1 反正切算法的实现
        3.2.2 反正切算法的影响因素
    3.3 反正切算法的误差仿真分析
        3.3.1 偏置误差对反正切算法的影响
        3.3.2 幅值误差对反正切算法的影响
        3.3.3 相位误差对反正切算法的影响
    3.4 小结
4 信号处理电路的设计与实验
    4.1 信号调理电路设计
        4.1.1 偏置误差调理电路
        4.1.2 相位误差调理电路
        4.1.3 幅值误差调理电路
        4.1.4 调理电路实验验证
    4.2 细分插值电路设计
        4.2.1 细分插值电路设计
        4.2.2细分插值电路模拟实验
    4.3 单层衍射光栅位移传感器实验验证
        4.3.1 位移传感器光路搭建
        4.3.2 位移分辨率验证
        4.3.3 实验结果分析
    4.4 小结
5 总结与展望
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：4002657