發(fā)布時間：2017-05-31 22:21

  本文關鍵詞：光場式時柵傳感器信號產生與采集的硬件系統(tǒng)設計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：精密位移測量儀器可分為非光學和光學兩大類。光學位移傳感器憑借著非接觸測量、材料適應范圍廣和寬動態(tài)范圍等特點,在精密測量領域中得到了廣泛地運用。然而,傳統(tǒng)光學位移傳感器的制造設備極其昂貴,且其相關技術對我國封鎖。針對此種情況,課題組所在的實驗室研制出了一種以時間脈沖為測量基準的位移傳感器,并命名為時柵傳感器。但是,現(xiàn)有的磁場式時柵也存在著抗電磁干擾能力差和制造精度不高等問題�；谏鲜銮闆r,課題組創(chuàng)新性地將光學測量技術和時柵傳感器結合起來,設計了一種交變光場時空耦合和光刻技術相結合的新型時柵位移傳感器───光場式時柵,通過借助光場耦合信號抗電磁干擾能力更強、光刻技術制造精度更高的優(yōu)勢提高位移傳感器的測量精度。本課題在國家自然科學基金的資助下展開了關于光場式時柵傳感器的相關理論研究,以及光場式時柵信號產生與采集的硬件系統(tǒng)設計工作。主要研究內容如下:1)深入研究光場式時柵的測量原理,建立了光場式時柵的數(shù)學模型,從理論上分析了不同參數(shù)的變化所體現(xiàn)出的誤差規(guī)律,并利用Matlab對其進行仿真驗證。2)根據(jù)時柵傳感器的時空轉換原理,利用兩路幅值頻率一致、相位相差90度的正弦信號驅動光源,獲得的兩路時間上正交的交變光場通過空間正交的“柵面”結構后,將形成時空耦合的光場駐波信號,再將駐波信號通過硬件電路合成一路電行波信號,從而實現(xiàn)“時間量測量空間量”。3)搭建了實驗平臺,給出了各個階段傳感器信號的波形且進行了分析,驗證了光場式時柵信號產生與采集系統(tǒng)的設計方案是切實可行的,最后,對傳感器的性能進行了測試。通過完成對光場式時柵交變光場信號產生與采集的硬件系統(tǒng)設計,初步實現(xiàn)了傳感器較高精度的位移測量,最終,在30mm的測量范圍內,傳感器的測量精度可達?4.2μm,測量分辨率為0.1125μm,為后續(xù)進行高速高精度光場式時柵位移傳感器的研究打下堅實的基礎。
【關鍵詞】：位移測量 時柵 交變光場 Matlab仿真 硬件設計
【學位授予單位】：重慶理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 精密位移測量的重要性10
• 1.2 典型光學位移傳感器的測量原理及發(fā)展現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 激光干涉儀的測量原理及發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 光柵的測量原理及發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本課題的研究背景、意義及主要研究內容14-18
• 1.3.1 本課題的研究背景與意義14-15
• 1.3.2 本課題的主要研究內容15-18
• 2 光場式時柵傳感器的測量原理與理論分析18-30
• 2.1 時空轉換理論及時柵傳感器18-21
• 2.1.1 時空轉換理論18-19
• 2.1.2 時柵傳感器19-21
• 2.2 光場式時柵的測量原理21-24
• 2.3 光場式時柵的理論分析24-28
• 2.3.1 數(shù)學模型24
• 2.3.2 誤差規(guī)律分析24-28
• 2.4 光場式時柵信號產生與采集的設計要求28-29
• 2.5 本章小結29-30
• 3 光場式時柵信號產生模塊的硬件設計30-48
• 3.1 總體方案30
• 3.2 電源設計30-33
• 3.2.1 數(shù)字部分電源設計31-32
• 3.2.2 模擬部分電源設計32-33
• 3.3 光場式時柵激勵信號設計33-37
• 3.3.1 DDS技術的正弦信號合成34-35
• 3.3.2 D/A轉換電路35-36
• 3.3.3 低通濾波電路36-37
• 3.4 交變光場信號產生的硬件設計37-44
• 3.4.1 光源設計37-41
• 3.4.2 驅動電路設計41-44
• 3.5 PCB設計及硬件調試44-46
• 3.6 本章小結46-48
• 4 光場式時柵信號采集模塊的硬件設計48-58
• 4.1 交變光場信號采集器件——光電池48-51
• 4.1.1 光電池工作原理48-49
• 4.1.2 光電池的特性49-50
• 4.1.3 光電池的等效電路50-51
• 4.2 交變光場信號采集電路設計51-53
• 4.3 交變光場信號采集的外圍電路設計53-55
• 4.3.1 帶通濾波電路53-54
• 4.3.2 差動放大電路54
• 4.3.3 過零比較電路54-55
• 4.4 PCB的制作55-56
• 4.5 本章小結56-58
• 5 實驗驗證58-66
• 5.1 實驗平臺的搭建58-59
• 5.2 主要功能模塊的實驗驗證59-63
• 5.2.1 激勵信號的獲取59-60
• 5.2.2 交變光場信號的采集60-62
• 5.2.3 行波信號的生成62-63
• 5.3 光場式時柵的性能測試63-65
• 5.3.1 穩(wěn)定性測試63-64
• 5.3.2 精度測試64-65
• 5.4 本章小結65-66
• 6 總結與展望66-68
• 6.1 總結66-67
• 6.2 展望67-68
• 致謝68-70
• 參考文獻70-72
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文及取得的研究成果72-73

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本文編號：410827