本文關鍵詞：大行程納米分辨力光柵位移測量系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著科技的進步,納米測量技術在大多數(shù)領域得到蓬勃發(fā)展。位移是最基本物理量之一,而現(xiàn)代精密位移測量技術的兩個主要手段是激光干涉測量和光柵計量。相較于激光干涉測量,光柵計量不易受環(huán)境干擾、成本較低、易于小型化,因此得到廣泛地研究和應用。雖然國內外對于計量光柵的研究與應用已經相當成熟且已批量生產,但其測量分辨力較低,因此研究高分辨力的光柵位移測量系統(tǒng)具有重要意義。本研究利用光柵位移傳感器作為核心元件,采用了數(shù)字濾波的方式減小了信號的噪聲,配合軟硬件綜合的細分方法,搭建了一個高分辨力、高穩(wěn)定性的位移測量系統(tǒng)。主要完成了以下工作：(1)根據(jù)課題所要實現(xiàn)的目標,設計承載光柵尺、電機、導軌的機械結構；(2)設計信號調理電路,包括差分放大、消除直流、歸一化處理、濾波等模塊,從而得到信噪比較高的兩路正交的正余弦信號；(3)確定細分方法為軟硬件結合的方法,設計相應的脈沖計數(shù)電路,并結合數(shù)據(jù)采集卡編寫位移測量程序,并采用數(shù)字濾波算法濾除輸出信號的噪聲,進一步提高了系統(tǒng)的分辨力；(4)搭建實驗系統(tǒng),對其進行各項性能測試,并對其在全程范圍內進行誤差補償。實驗結果證明：大行程納米光柵位移測量系統(tǒng)在測量行程220mm以內,測量分辨力達亞納米量級,60min內其穩(wěn)定性可保持在納米級,經誤差補償后在測量行程內其測量誤差可保持在士0.5μm以內。
【關鍵詞】：光柵 納米 分辨力 穩(wěn)定性 大行程
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH822
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 1 緒論15-25
• 1.1 課題研究背景及意義15-16
• 1.2 光柵測長技術概述16-18
• 1.2.1 光柵尺的特點16-17
• 1.2.2 光柵測長技術的基本原理17-18
• 1.3 光柵測長技術的研究進展18-23
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3.2 國內研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4 課題來源及主要研究內容23-25
• 1.4.1 課題來源23-24
• 1.4.2 研究內容24-25
• 2 納米光柵測長系統(tǒng)測量原理25-34
• 2.1 引言25
• 2.2 弦波信號的細分技術25-29
• 2.3 納米光柵位移測量原理29-31
• 2.4 弦波信號的處理方法31-33
• 2.4.1 基于Heydemann法的信號調理方法31-32
• 2.4.2 數(shù)字濾波算法32-33
• 2.5 本章小結33-34
• 3 系統(tǒng)方案與結構設計34-39
• 3.1 引言34
• 3.2 整體方案設計34-35
• 3.3 關鍵元件選取35-36
• 3.3.1 光柵尺35
• 3.3.2 導軌35-36
• 3.4 機械結構設計36-38
• 3.5 本章小結38-39
• 4 光柵信號處理的軟硬件設計39-53
• 4.1 引言39
• 4.2 信號調理電路設計與實驗分析39-43
• 4.2.1 差分放大電路40
• 4.2.2 正交化電路40-42
• 4.2.3 歸一化電路42-43
• 4.2.4 實驗分析43
• 4.3 位移測量硬件基礎43-47
• 4.3.1 脈沖計數(shù)電路43-45
• 4.3.2 數(shù)據(jù)采集卡45
• 4.3.3 PCB設計45-47
• 4.4 位移測量系統(tǒng)軟件設計47-51
• 4.4.1 采集卡參數(shù)測試47-48
• 4.4.2 數(shù)字濾波方式48-49
• 4.4.3 程序設計49-51
• 4.5 本章小結51-53
• 5 系統(tǒng)性能測試及誤差分析53-62
• 5.1 引言53
• 5.2 測量系統(tǒng)性能測試及對比實驗53-57
• 5.2.1 單點往返測試53-54
• 5.2.2 不同濾波方式結果比較54-55
• 5.2.3 漂移測試55-56
• 5.2.4 導軌全程位移比對測試56-57
• 5.3 主要誤差源分析及補償57-61
• 5.3.1 要誤差源分析57-60
• 5.3.2 誤差補償60-61
• 5.4 本章小結61-62
• 6 總結與展望62-63
• 6.1 研究總結62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻63-66
• 攻讀碩士期間研究成果66

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1 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];儀器儀表學報;2007年10期

2 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

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

4 蔡萍，沈生培;一種高精度大位移電容式位移測量系統(tǒng)[J];計量學報;1994年03期

5 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];電子測量與儀器學報;2009年04期

6 水文;激光位移測量系統(tǒng)在長度計量技術中的應用[J];工具技術;1977年04期

7 強錫富,丁雪梅;大量程高精度電容位移測量系統(tǒng)的研究[J];儀器儀表學報;1987年03期

8 李孝超;嚴高師;;基于短距離無線技術的多功能位移測量系統(tǒng)[J];儀表技術與傳感器;2012年01期

9 饒家崇，郭建蓉，，張恒;《光柵線位移測量系統(tǒng)檢定規(guī)程》編制說明及誤差分析[J];實用測試技術;1994年01期

10 李海濤;阮林波;田耕;田曉霞;渠紅光;;一種分布式微小位移測量系統(tǒng)的研制[J];自動化儀表;2014年01期

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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航空試驗測試技術學術交流會論文集[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用學術會議論文集[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)的設計與實現(xiàn)[A];光電技術與系統(tǒng)文選——中國光學學會光電技術專業(yè)委員會成立二十周年暨第十一屆全國光電技術與系統(tǒng)學術會議論文集[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大會論文集[C];2009年

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

8 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;2009年

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

10 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;2009年

本文編號：997637