光栅干涉位移测量技术发展综述

介绍了经典双光栅测量系统、非对称双级闪耀光栅测量系统、单光栅测量系统、基于2次莫尔条纹的光栅测量系统、同心圆光栅2维位移测量系统、2维光栅位移测量系统的测量原理,阐述了各系统的关键问题及不足之处。同时结合双频激光干涉仪外差干涉思想,在单光栅测量系统的基础上,提出了双波长单光栅式纳米级位移测量方法,并通过分析系统特点指出该方法能实现大量程测量、获得纳米级的精度和分辨力。在对各种测量方法进行综合比较之后,总结了光栅测量的关键问题,并展望了光栅干涉位移测量的未来发展方向。     

相位光栅干涉传感在位移测量中的应用研究

伴随精密制造技术的快速发展,高精度的位移测量技术成为测量领域关注的核心问题。深入分析相位光栅干涉测量原理可知,相位光栅干涉传感的分辨率属于微米级,甚至可达纳米级,将相位光栅干涉传感用于位移测量中可大大提升测量精度。因此,设计一种基于相位光栅传感器的位移自动测量系统,系统采用高对称性的四象限光电管,确保收到的干涉条纹信号不存在分散性,获取高信噪比的两路正交光电差分信号;将信号通过前置方法、去噪、去除直流偏置以及差动放大后,处理为方波信号传输至GAL16V8(可编程逻辑器件)和单片机进行四倍频细分以及辨向处理后,使用12A/D芯片AD1674对信号进行模数变换,得到干涉条纹信号的瞬时相位角,依据该相位角获取光栅位移值,单片机依据位移值的线性逼近值修正位移测量误差。研究结果表明,该测量系统测量值与实际值的差值仅有0. 006μm,测量精度较高;与同类测量系统相比,可在短时间内完成高精度位移测量任务,在存在噪声的环境中进行位移测量时,该系统抗干扰性始终大于0. 8。     

采用干涉光栅的高灵敏线位移转换器

本文叙述采用干涉光栅的线性位移转换器,其光源为激光器,激光在光栅上发生衔射,通过光学系统使不同级的衍射条纹间产生干涉现象,光栅作线位移时,用光电接收器记录下干涉条纹的明暗变化次数即能测出位移的大小。用光学内插法或电学内插法便可提高转换器的灵敏度。本文所述转换器是一种尚未见有报道的新型转换器。     

基于双激光视觉成像与BP算法的微小位移测量

针对现有单激光视觉微位移测量方法中利用的图像特征信息不丰富,导致测量结果不精确的问题,本文提出了一种直射与斜射结合的双激光微小位移测量方法,配合BP(Back Propagation)神经网络实现位移的高精度测量。论文采用透镜成像和小孔成像的原理对双激光模型进行理论分析,使用ZEMAX对测距模型进行数值模拟,以验证所提方法的理论可行性与优越性;其次,根据数值模拟结果设计并搭建实验平台进行图像采集实验,提取一系列图像特征作为BP网络的输入,以位移参数为输出,构建位移预测模型。实验结果表明,相比单激光模型,本文提出的双激光位移模型有更高的测量精度,引入BP神经网络后,测量准确度达到99以上。本文为微小位移高精度测量提供了新方法与新思路。     

二维光栅纳米位移测量系统的设计与分析

文章提出了一种以衍射光栅为基准件的二维纳米位移测量系统,阐述了系统的组成和光路结构．分析了系统的测量原理。最后利用Lighttools软件对系统的光学结构进行仿真设计,研究系统干涉信号的变化规律,为后续的光路优化和误差补偿提供了理论模型。     

光栅传感器在位移自动测量系统中的应用

一种以单片机为核心的位移自动测量系统,采用光栅传感器把被测位移量转变为电信号,经前置放大和电路处理后,送入8031单片机进行综合运算处理后输出,并通过LED显示。介绍了整体电路的设计和单片机系统的硬件及软件流程。     

融合双波及单波干涉的光纤位移传感系统研究

研究一种融合双波长干涉及单波长干涉的大跨距高精度光纤位移传感系统。两种波长不同的光波同时作用于光纤干涉仪中,基于波分复用技术,利用光纤光栅分离双波长干涉信号和单波长干涉信号。利用双波长干涉信号决定被测位移的幅值,使最大测量跨距扩大至毫米量级。在本系统选定的两个激光波长(分别为1 557.32nm和1 558.52nm)下,最大测距为0.5mm,通过恰当地选用传感系统中的两个激光波长,可获得更大的测距范围;利用单波长干涉信号高精度地测量位移,使系统保持单波长干涉测量精度高的优点。     

相移干涉误差的模拟分析

借助计算机仿真系统，对相位恢复误差产生的原因进行模拟分析。研究发现，图像噪声比率与测量结果标准差呈正比关系；测量结果标准差与相移精度及相移值的具体分布有关；测量结果的标准差与相移步数的平方根呈反比。     

激光全息测空间位移误差分析

研究激光全息测量三维空间位移的误差分析方法，探讨了影响三维位移测量精度的各种因素，以平面波三维测量光路为例，推导了由这些因素产生的误差的计算公式，最后给出了实验结果。     

基于干涉原理的高精度直线度误差测量

将空气劈尖产生的等厚干涉与CCD图像处理技术相结合,提出了一种测量连续空间直线度误差的新方法。此方法利用待测工件的直线度误差改变空气劈尖顶角,并用一元线性回归方法对CCD的像元序号与所接收到的干涉条纹光强极值序号之间线性关系进行拟合,进而确定出空气劈尖顶角大小。由导出的直线度误差与空气劈尖顶角之间的关系,用最小包容区域法对工件的直线度误差进行了评定,评定结果为8.11±0.62μm。测量结果表明,新的测量方法是可行的,而且测量系统具有精度高、应用范围广的特点,也可应用到锥角、圆度误差等其他几何量的精密测量中。     

基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量系统

基于适度光反馈自混合干涉(OFSMI)技术,设计了一种位移测量方法.该办法通过对自混合干涉信号的整数条纹部分进行计数和对小数条纹部分进行细分,实现大量程高分辨率的位移测量.对小数条纹分析时,运用数据拟合方法,找出干涉波形特征点与被测物位移之间的关系,从而实现对小数干涉条纹部分对应位移的测量.仿真分析和实验结果证明,此方法可对位移进行大量程高精度的测量,误差平均为0.83%.并通过设计算法对物体的任意运动轨迹进行重构.     

PSD位移传感器测量误差的修正方法

为了提高自制位置敏感探测器(PSD)激光三角位移传感器的精度,提出一种简单、可行的数据修正方法,对传感器所采用的测量原理、敏感器件及自制工艺等进行了研究。首先,对自制的位移传感器的静态精度进行实验标定,分析其位移误差曲线。通过将位移测量误差曲线与敏感器件自身检出误差曲线进行比对,结合自制传感器的组装工艺,分析其误差来源。然后,通过调整激光三角测量原理中位移传递公式的具体参数,达到优化自制位移传感器的静态精度的目的。最后,用反复多次地,不同测量范围、测量步长下的位移数据曲线优化效果,证明这种修正方法的普适性。实验结果证明:经过该方法修正后,自制的PSD位移传感器的测量数据的误差降低约80%,其静态位移精度基本达到1%。这种修正方法能够简单、有效地提高PSD激光三角位移传感器的测量精度。     

激光自混合干涉式位移测量数值模拟及实验研究

对激光自混合干涉式位移测量原理进行了数值模拟和实验研究。首先，从三镜法布里珀罗腔理论出发，得到了基于半导体激光自混合干涉原理的位移测量模型，在此基础上对多种波形调制外反射体位移情况下激光自混合干涉信号进行了理论分析，证实信号倾斜方向发生反转的间隔条纹数目对应反射体位移的幅值范围；反射体有半个波长的位移，信号即输出一个完整的条纹；反馈强度的增加将增大输出条纹的倾斜。对信号倾斜现象进一步分析发现，当反射体位移减小时，信号向左倾斜，反之向右。造成信号倾斜的原因是由于高反馈强度下引起的非线性相位调制了输出信号强度。这些结论同样适用于任意波形调制的反射体位移。实验测试结果同理论分析吻合较好。     

大行程位移台干涉测距系统的误差补偿

双频激光干涉仪作为常用的精密光学非接触式测量设备,具有精度高、抗干扰能力强、灵活性好等优点。然而环境温度变化、机械振动等因素可能会影响其测量结果的准确性,并且影响程度会随着测量光程的增加而增大。针对基于双频激光干涉仪的大行程位移台测距系统,首先研究了位移台测距系统的测量原理,然后针对系统存在的各项误差进行了分析和补偿,最后,对系统进行综合误差补偿实验,短时间补偿量达到10^-8 m量级,且时间越长补偿效果越好。该方法较现有的误差补偿方法更为完整,补偿量更大。     

光纤布拉格光栅传感器应力和温度同时测量时的误差分析

在转换矩阵法分析光纤Ｂｒａｇｇ光栅应力和温度同时测量的理论基础上，进一步分析了转换矩阵元误差和Ｂｒａｇｇ波长测量误差对应力和温度测量精度的影响，给出了应力在０－２０００μ∈，温度在０－１５０℃的测量范围内，测量误差分别不超过１０μ∈和１℃的计算结果。     

基于数字位移传感器的位移测量系统

数字位移传感器位移测量系统中的数字位移传感器具有高精度、高分辨率和稳定性好的特点,并且系统中SPP转RS232接口电路,解决上位机与位置反馈环节之间的传输距离短的问题。云台的一米红外太阳望远镜终端为了得到清晰的太阳光谱,将采用该位移测量系统。介绍系统的结构和位移传感器工作原理,阐述了数据采集部分SPP转RS232接口电路的硬件设计和系统的软件设计,并且进行位移测量实验。实验结果表明,该位移测量结果达到了红外太阳望远镜主镜调焦的精度和实时性要求,系统将于2009年年底投入试用。     

基于测速误差的雷达间电磁干扰判决方法

为了更好地判定雷达间电磁干扰对雷达性能的影响程度,分析了传统干扰余量判决方法的不足,在雷达受到干扰的情况下建立了雷达测速误差的计算模型,并以3种典型雷达信号为例推导了测速误差与信干比的定量关系.仿真实验结果表明:随着信干比的不断增大3种信号的测速误差逐渐降低,当信干比由0 dB增加到20 dB时,矩形脉冲信号和线性调频...     

固体散射体二维位移传感器的研究

应用激光多普勒效应 ,设计了用两声光调制器获得三束测量光的声光调制、双光束差动、大口径接收的光学结构 ,提出了计算机实时跟踪丢失信号的位移补偿方法 ,实现了对普通纸张表面和前苏联生产的各种加工方法(车、铣、刨、磨 )的粗糙度样板的二维面内位移的远距离测量 ,测量距离为 10m ,测量精度为± 0 5 %。     

静态红外地平仪大角度测量模型及误差研究

卫星姿态变化时,静态红外地平仪的成像面与地平圆之间的夹角也会随着变化,因此会造成地平圆在地平仪成像面上成像的变化,进而导致地平仪大角度测量误差增大.为解决此问题,建立了随卫星姿态变化时地平圆在静态外红地平仪成像面上的成像模型,通过STK仿真对该模型进行验证,并给出了一种基于该模型的地平仪测量误差校正的方法,为卫星姿态测量与控制提供补偿和精度保证.