發(fā)布時間：2017-02-06 11:22

  本文關(guān)鍵詞：低成本高精度角位移測量系統(tǒng)研究與設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》 2014年

基于衍射干涉原理的高精度光柵位移測量系統(tǒng)研究

王雪英  

【摘要】：隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，納米測量技術(shù)在各領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。而激光干涉測量系統(tǒng)和光柵測量系統(tǒng)是在現(xiàn)代精密測量技術(shù)中被應(yīng)用最廣泛的。其中，光柵測量系統(tǒng)采用光柵柵距作為測量基準，測量基準固定，且不受環(huán)境影響，對光源穩(wěn)頻要求低，從而降低了成本；光路結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，方便小型化，這些優(yōu)點使得光柵測量有著顯而易見的優(yōu)點，彌補了激光干涉的不足，在納米級測量的研究和應(yīng)用中越來越被重視。研究國內(nèi)外光柵測量計數(shù)發(fā)現(xiàn)，國外的研究已經(jīng)很成熟，并且各種類型光柵測量的產(chǎn)品已批量生產(chǎn)，國內(nèi)在這方面雖然取得了一些成就，但據(jù)國外還有很大的差距。 本文研究了基于衍射干涉原理的光柵位移測量系統(tǒng)，首先分析了干涉衍射原理、光學(xué)多普勒效應(yīng)，衍射光柵的衍射特性。重點對自行設(shè)計、搭建的光柵位移測量系統(tǒng)進行理論分析和實驗論證，小型化了讀數(shù)頭部分，將所有的光學(xué)元件集成。完成了小型化的讀數(shù)頭的光學(xué)元件夾緊機構(gòu)的機械設(shè)計。 分析了光柵位移測量系統(tǒng)中的誤差來源，并且逐項對各誤差因素進行分析，包括光路誤差分析、電路誤差分析兩部分。光路誤差包括光柵引入的誤差、激光光源引入的誤差、光路對位誤差等。電路誤差包括光電轉(zhuǎn)換誤差和計數(shù)誤差等。光路的對位誤差分析包括利用光學(xué)設(shè)計軟件Lighttools分析光柵與光學(xué)讀數(shù)頭的對位等、借助偏振光學(xué)理論分析1/4波片不良對位誤差。 設(shè)計了調(diào)理電路和信號處理電路，調(diào)理電路消除了信號中存在的誤差，包括直流電平漂移誤差、非正交誤差、以及不等幅誤差等，改進了之前電路板中直流偏置誤差依舊存在的問題，增加了偏置校正環(huán)節(jié)。信號處理電路主要是利用FPGA對數(shù)據(jù)進行采集、辨向、計數(shù)和細分處理以及位移計算。并且實現(xiàn)了與上位機的串口通信，顯示界面由LabVIEW設(shè)計，能顯示最后位移數(shù)據(jù)。 最后搭建了光學(xué)平臺，組裝了微型化讀數(shù)頭，構(gòu)建整個位移測量系統(tǒng)，對系統(tǒng)各模塊性能進行了測試，并完成了系統(tǒng)實驗和結(jié)果分析。實驗表明，在(0~100)um的測量范圍內(nèi)，，本系統(tǒng)可以達到優(yōu)于5nm的分辨力，且線性度、重復(fù)性良好。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP274
【目錄】：

下載全文 更多同類文獻

CAJ全文下載

(如何獲取全文？ 歡迎：購買知網(wǎng)充值卡、在線充值、在線咨詢)

CAJViewer閱讀器支持CAJ、PDF文件格式

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 劉曉旻;吳宇;張攀峰;楊國光;;光杠桿式nm級微位移激光測量系統(tǒng)的研究[J];光電子·激光;2006年08期

2 蔣誠志,陳林才,徐可欣;光柵衍射多普勒效應(yīng)位移測量的理論分析和實驗結(jié)果[J];光學(xué)學(xué)報;1992年08期

3 劉玉圣;范光照;陳葉金;;高精度衍射光柵干涉儀的研制[J];工業(yè)計量;2006年02期

4 米鳳文,戴旭涵,沈亦兵,楊國光;0.1μm大行程精密定位控制系統(tǒng)的研究[J];儀器儀表學(xué)報;2000年01期

5 張發(fā)國;喻洪麟;;閃耀光柵原理及其應(yīng)用[J];重慶文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年01期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李琳;基于光柵衍射光干涉的位移測量技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2010年

2 程方;納米三坐標測量機測控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2010年

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蘇雷龍;蔣書波;程明霄;何野;徐波;李晟;;氣體檢測中基于MEMS技術(shù)的近紅外光譜儀設(shè)計[J];傳感器與微系統(tǒng);2011年10期

2 張金華;陳良洲;劉曉軍;;雙光柵干涉位移傳感器原理及其誤差分析[J];光電技術(shù)應(yīng)用;2012年03期

3 蘇雷龍;蔣書波;程明霄;何野;徐波;;基于MEMS微鏡技術(shù)的近紅外光譜儀的研究[J];光譜實驗室;2011年02期

4 蔣培軍,齊國生,徐端頤,李慶祥,李晟,李玉和;高精密運動工作臺控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究[J];光學(xué)技術(shù);2003年06期

5 尚平;夏豪杰;費業(yè)泰;;衍射式光柵干涉測量系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J];光學(xué)技術(shù);2011年03期

6 何章宏;劉曉軍;;基于遲滯比較器的條紋計數(shù)細分電路研究[J];光學(xué)儀器;2010年05期

7 賀文婷;江毅;李磊;肖尚輝;江艷;;凹面全息光柵單色儀設(shè)計[J];光學(xué)技術(shù);2014年04期

8 杜霖;馬盈盈;祝波;史碩;龔?fù)?宋沙磊;;多光譜對地觀測激光雷達接收通道選擇方法[J];光學(xué)學(xué)報;2014年08期

9 李淑慧;;應(yīng)用于甲烷氣體檢測的閃耀光柵設(shè)計與研究[J];化工科技市場;2009年12期

10 郭榮禮;胡小英;胡加興;劉寶元;;基于線陣CCD的微位移測量系統(tǒng)設(shè)計[J];機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新;2009年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 鄭振華;郭慶;胡錦泉;;插補算法在二維數(shù)控平臺中的應(yīng)用[A];2009全國虛擬儀器大會論文集（二）[C];2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蘇紹璟;大量程納米級光柵位移測量理論及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2001年

2 王選擇;正交衍射光柵計量原理及在超精密工作臺上的應(yīng)用[D];華中科技大學(xué);2004年

3 李鳴鳴;大行程納米定位系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];上海大學(xué);2007年

4 王偉麗;納米三坐標測量機機械結(jié)構(gòu)及接觸式測頭技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2008年

5 李琳;基于光柵衍射光干涉的位移測量技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2010年

6 張山;影響直角坐標激光直寫曝光質(zhì)量的若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 申遠;大面積高精度衍射光柵刻劃機結(jié)構(gòu)優(yōu)化與控制研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

8 王晨晨;異端類型三坐標測量機結(jié)構(gòu)原理及誤差修正技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

9 尚平;高精度衍射光柵干涉位移傳感器及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

10 劉康;微型光譜儀關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱磊;基于PGC解調(diào)激光多普勒干涉儀的噪聲分析和算法改進研究[D];安徽大學(xué);2011年

2 李徐佳;精密二維運動平臺實時標定實驗與分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 毛新豐;直線超聲電機驅(qū)動的精密平臺及其控制方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

4 俞松松;多尺度微/納米定位系統(tǒng)的設(shè)計、分析及試驗研究[D];重慶大學(xué);2011年

5 陳濤;雙軸聯(lián)動蝸桿檢測儀控制系統(tǒng)研究開發(fā)[D];重慶理工大學(xué);2011年

6 何章宏;雙光柵干涉位移傳感器及其電路系統(tǒng)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

7 居太亮;模擬源運動控制系統(tǒng)的研制[D];電子科技大學(xué);2002年

8 馮強;雙晶片作驅(qū)動源的壓電式精密驅(qū)動器的設(shè)計與研究[D];吉林大學(xué);2004年

9 范尊強;壓電型多自由度精密驅(qū)動器控制系統(tǒng)開發(fā)研究[D];吉林大學(xué);2004年

10 張健;高精度平面定位與控制技術(shù)的研究[D];東南大學(xué);2004年

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張世軼;艾華;韓旭東;;新型光電軸角編碼器的發(fā)展與應(yīng)用[J];長春理工大學(xué)學(xué)報;2005年04期

2 鄭澤東;李永東;Maurice Fadel;肖曦;;基于擴展Kalman濾波器的PMSM高性能控制系統(tǒng)[J];電工技術(shù)學(xué)報;2007年10期

3 邵根富;張旭;竇建鈴;張新明;;計量光柵莫爾信號微控制器細分技術(shù)的研究[J];電子測量技術(shù);1997年03期

4 張興華;王克逸;;光柵信號電阻鏈高倍細分法的誤差校正的研究[J];電子測量技術(shù);2008年07期

5 曹彥波,王興華,郇延富,于愛民,金欽漢;精密光柵單色儀接口與驅(qū)動電路的研制[J];分析儀器;2004年03期

6 吳凡;高精度編碼器的裂相指示光柵[J];光電工程;2001年05期

7 韓旭東,艾華,龍科慧;一種新型單頻激光干涉系統(tǒng)的研究[J];光電工程;2002年05期

8 熊文卓,吳江洪,孔智勇,艾華,張煒;細光柵自成像光電軸角編碼器[J];光電工程;2004年01期

9 楊俊波;蘇顯渝;;自由空間的微閃耀光柵光開關(guān)[J];光電工程;2006年09期

10 王宇志;艾華;韓旭東;;應(yīng)用光柵自成像的編碼器莫爾條紋信號提取[J];光電工程;2009年01期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 陳葉金;創(chuàng)新型微納米測量探頭機理的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2007年

2 李源;MEMS壓阻式三維微觸覺測頭及其在納米測量機上的應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2007年

3 王偉麗;納米三坐標測量機機械結(jié)構(gòu)及接觸式測頭技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 劉玉圣;高精度線性衍射光柵干涉儀系統(tǒng)的研制[D];合肥工業(yè)大學(xué);2006年

2 余光清;反射式光電軸角編碼器的研究[D];電子科技大學(xué);2007年

3 趙大博;MEMS壓阻式微接觸測頭測試校準系統(tǒng)的研究[D];天津大學(xué);2007年

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;外腔調(diào)制的激光自混合干涉位移測量系統(tǒng)[J];中國計量學(xué)院學(xué)報;2001年02期

2 王伯海;劉建勝;張建松;;光纖位移測量系統(tǒng)設(shè)計[J];電子測量技術(shù);2006年04期

3 雷小華;陳偉民;劉國平;章鵬;;連通管式位移測量系統(tǒng)的小波信號處理研究[J];儀器儀表學(xué)報;2007年10期

4 張亮;陳偉民;章鵬;胡順仁;;連通管式位移測量系統(tǒng)的液位振蕩特性[J];振動.測試與診斷;2010年05期

5 李琳;楊鵬;艾華;;高密度單光柵衍射光干涉線位移測量系統(tǒng)[J];傳感器與微系統(tǒng);2010年11期

6 李恒鶴;馬森;謝芳;;高穩(wěn)定大量程復(fù)合光纖干涉位移測量系統(tǒng)研究[J];激光技術(shù);2012年06期

7 張紹宗;陳文彥;;炫耀光柵位移測量系統(tǒng)的精度試驗[J];光學(xué)工程;1989年06期

8 呂俊芳;高精度光纖位移測量系統(tǒng)的電路設(shè)計[J];測控技術(shù);1990年03期

9 周軍;孫承志;戚海永;;基于單片機與鎖相環(huán)技術(shù)的位移測量系統(tǒng)[J];微計算機應(yīng)用;2006年03期

10 張立;周魯飛;談宜東;張書練;;納米級分辨率雙頻激光回饋位移測量系統(tǒng)[J];電子測量與儀器學(xué)報;2009年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 楊軍;李程;羅華峰;王維;范靜;;光柵動靜態(tài)位移測量系統(tǒng)[A];2010航空試驗測試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2010年

2 孟祥偉;張文明;郭建;;基于位置敏感探測器的非接觸位移測量系統(tǒng)[A];第六屆全國信號和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2012年

3 臧傳濤;劉越;王涌天;胡曉明;;用于增強現(xiàn)實的角位移測量系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[A];光電技術(shù)與系統(tǒng)文選——中國光學(xué)學(xué)會光電技術(shù)專業(yè)委員會成立二十周年暨第十一屆全國光電技術(shù)與系統(tǒng)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

4 呂勇;馮其波;郎曉萍;靳珊;;一種基于光開關(guān)的多路光纖位移測量系統(tǒng)[A];2009中國儀器儀表與測控技術(shù)大會論文集[C];2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姬靜毅;激光自混合干涉位移測量系統(tǒng)的設(shè)計[D];鄭州大學(xué);2011年

2 王善輝;容柵細分電路及位移測量系統(tǒng)的研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2009年

3 唐春曉;遠距離激光撓度/位移測量系統(tǒng)[D];天津大學(xué);2007年

4 張曉強;嵌入式光柵位移測量系統(tǒng)的研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2009年

5 任均宇;基于波分復(fù)用的大量程高分辨率光纖位移測量系統(tǒng)[D];北京交通大學(xué);2010年

6 徐建華;低成本高精度角位移測量系統(tǒng)研究與設(shè)計[D];中北大學(xué);2008年

7 王雪英;基于衍射干涉原理的高精度光柵位移測量系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

8 繆燁;基于PSD的多目標二維位移測量系統(tǒng)[D];南京理工大學(xué);2005年

9 關(guān)健;基于二維光柵的高精度三維位移測量系統(tǒng)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

10 薛一博;高精度位移測量系統(tǒng)的硬件研制[D];大連海事大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：低成本高精度角位移測量系統(tǒng)研究與設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：240409