本文關(guān)鍵詞：平面光柵測量系統(tǒng)零位對準(zhǔn)技術(shù)研究

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【摘要】：光柵尺由于具有精度高、不易受環(huán)境干擾、體積小、操作方便、成本不高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地作為超精密測量工具之一。對準(zhǔn)精度是增量式光柵尺的重要指標(biāo),所以如何提高對準(zhǔn)精度是光柵測量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。本文設(shè)計(jì)了一種雙光柵零位對準(zhǔn)系統(tǒng),雙光柵包括標(biāo)尺光柵和掃描光柵。設(shè)計(jì)了雙光柵結(jié)構(gòu)和光路結(jié)構(gòu),然后通過設(shè)計(jì)相關(guān)電路進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集得到基本的輸出信號,設(shè)計(jì)算法對信號進(jìn)行濾波處理,實(shí)現(xiàn)了在較大工作距離(≥20mm)的前提下達(dá)到微米級的對準(zhǔn)精度(≤1μm)。課題的主要研究內(nèi)容如下:首先,利用相關(guān)理論,設(shè)計(jì)了標(biāo)尺光柵和掃描光柵的重要參數(shù)。利用成像掃描原理設(shè)計(jì)了雙光柵的編碼結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了仿真;進(jìn)行了菲涅耳衍射效應(yīng)的仿真,設(shè)計(jì)了雙光柵的基本刻線寬度;推導(dǎo)衍射效率公式,設(shè)計(jì)了標(biāo)尺光柵的內(nèi)部周期刻線結(jié)構(gòu)。其次,設(shè)計(jì)了基于雙光柵零位對準(zhǔn)的光路結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了對平行光正入射時(shí)的光信號檢測。然后,設(shè)計(jì)了相關(guān)的光電轉(zhuǎn)換電路與多個(gè)級次衍射光之間的運(yùn)算電路。在實(shí)現(xiàn)采集信號之后,對于輸出信號噪聲較大的缺點(diǎn),自行設(shè)計(jì)了一種大跳變壓縮濾波算法,成功對信號進(jìn)行了去噪,并且與卡爾曼濾波方法進(jìn)行了對比。最后,對雙光柵零位對準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)中的標(biāo)尺光柵和掃描光柵的距離為21mm,滿足較大的工作距離的前提條件。使用單頻激光干涉儀進(jìn)行測量比較,雙光柵對準(zhǔn)系統(tǒng)獲得的信號經(jīng)過卡爾曼濾波和跳變值壓縮濾波時(shí),對準(zhǔn)精度均為0.72μm。最終成功實(shí)現(xiàn)了微米級的對準(zhǔn)精度。
【關(guān)鍵詞】：光柵測量 零位對準(zhǔn) 工作距離 對準(zhǔn)精度
【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】：2016
【分類號】：TH741.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題來源及研究背景和意義10-13
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題研究背景和意義10-13
• 1.2 關(guān)于光柵尺的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 光柵零位對準(zhǔn)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 國外關(guān)于光柵零位對準(zhǔn)技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 國內(nèi)關(guān)于光柵零位對準(zhǔn)技術(shù)的研究現(xiàn)狀16
• 1.3.3 國內(nèi)外關(guān)于光柵零位對準(zhǔn)技術(shù)的比較16-17
• 1.4 主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18-46
• 2.1 引言18
• 2.2 雙光柵對準(zhǔn)系統(tǒng)總體尺寸設(shè)計(jì)18-20
• 2.3 雙光柵對準(zhǔn)標(biāo)記編碼最小寬度設(shè)計(jì)20-29
• 2.3.1 衍射分析20-22
• 2.3.2 光強(qiáng)分布仿真22-27
• 2.3.3 最小刻線寬度的參數(shù)設(shè)計(jì)27-29
• 2.4 雙光柵對準(zhǔn)標(biāo)記編碼設(shè)計(jì)29-36
• 2.4.1 編碼設(shè)計(jì)的仿真29-34
• 2.4.2 編碼參數(shù)設(shè)計(jì)34-36
• 2.5 標(biāo)尺光柵臺階結(jié)構(gòu)的的設(shè)計(jì)36-43
• 2.5.1 反射光衍射效率的推導(dǎo)36-38
• 2.5.2 臺階高度與占空比的設(shè)計(jì)38-39
• 2.5.3 周期刻線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)39-43
• 2.6 雙光柵正入射系統(tǒng)的光路設(shè)計(jì)43-45
• 2.6.1 雙光柵正入射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)43-45
• 2.6.2 雙光柵正入射系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析45
• 2.7 本章小結(jié)45-46
• 第3章 電路和算法的設(shè)計(jì)46-58
• 3.1 引言46
• 3.2 光電轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)46-49
• 3.2.1 光電轉(zhuǎn)換的前置放大電路46-47
• 3.2.2 次級放大電路的原理47-48
• 3.2.3 光電轉(zhuǎn)換電路的仿真48-49
• 3.3 運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)49-52
• 3.3.1 加法電路的設(shè)計(jì)49-50
• 3.3.2 減法電路的設(shè)計(jì)50
• 3.3.3 運(yùn)算電路的仿真50-52
• 3.4 優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)52-57
• 3.4.1 卡爾曼濾波算法52-55
• 3.4.2 跳變值壓縮算法55-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 第4章 測量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與分析58-76
• 4.1 引言58
• 4.2 光斑的測量實(shí)驗(yàn)58-61
• 4.3 電路的性能測試61-64
• 4.3.1 光電轉(zhuǎn)換板的功能測試61-63
• 4.3.2 運(yùn)算電路板的性能測試63-64
• 4.4 雙光柵正入射系統(tǒng)的對準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)64-71
• 4.4.1 對準(zhǔn)精度測量方案64-66
• 4.4.2 各級次衍射光的光斑檢測66-68
• 4.4.3 基于卡爾曼濾波的對準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)68-70
• 4.4.4 基于跳變值壓縮算法的對準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)70-71
• 4.5 基于激光干涉儀的對準(zhǔn)評價(jià)實(shí)驗(yàn)71-74
• 4.6 影響對準(zhǔn)精度的原因74-75
• 4.7 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 致謝81

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1 易靜;;利用雙光柵開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的探討[J];天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào);2009年04期

2 蔣誠志;;反射光柵和透射光柵組合多普勒雙光柵速度傳感器[J];宇航計(jì)測技術(shù);1984年04期

3 陳永利;劉文霞;;亞波長雙光柵共振光譜與角譜展寬特征研究[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2010年09期

4 陳泳屹;秦莉;佟存住;王立軍;劉益春;;用于光束整形的表面等離子體雙光柵結(jié)構(gòu)[J];光學(xué)精密工程;2014年06期

5 譚峭峰,嚴(yán)瑛白,金國藩,鄔敏賢;雙光柵準(zhǔn)直測量系統(tǒng)及其精度分析[J];實(shí)用測試技術(shù);1997年03期

6 詹黎,孫遇強(qiáng),夏宇興;近相干照明下雙光柵 Fourier 譜分裂現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);1997年10期

7 ;[J];;年期

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1 張衛(wèi)平;胡立坤;盧泉;曾憲金;;雙光柵色散-匯合光譜成像儀的單片機(jī)控制改造與實(shí)現(xiàn)[A];“廣東省光學(xué)學(xué)會2013年學(xué)術(shù)交流大會”暨“粵港臺光學(xué)界產(chǎn)學(xué)研合作交流大會”會議手冊論文集[C];2013年

2 呂新夫;高翔;周惠君;江洪建;王思慧;;用兩種可行的光學(xué)方法測量磁致伸縮系數(shù)[A];第六屆全國高等學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會論文集（下冊）[C];2010年

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1 賈靜宇;采用雙光柵多色儀的純轉(zhuǎn)動拉曼測溫激光雷達(dá)：光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研制和測量結(jié)果分析[D];武漢大學(xué);2014年

2 鄧光晟;雙光柵繞射輻射THz源高頻系統(tǒng)的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

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3 劉磊;基于雙光柵色散—匯合光譜成像效應(yīng)的濾波成像研究[D];廣西大學(xué);2015年

4 周康;平面光柵測量系統(tǒng)零位對準(zhǔn)技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

5 王保清;雙光柵X射線譜儀的設(shè)計(jì)、研制與應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2016年

6 楊路路;THz雙光柵繞射輻射器件高頻系統(tǒng)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

7 張金華;基于雙光柵干涉的位移測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2013年

8 董必良;W波段準(zhǔn)光腔輻射源關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

，

本文編號：848122