动态振动位移的高速精密测量方法研究

为了克服常规位移测量计数器测量的动态范围窄的缺点，介绍了一种能够精密测量振动位移的方法。该方法采用莫尔条纹技术测量位移，通过高速数据采集和高速信号处理，能够测量机械结构的大幅度、宽动态范围的振动位移。由于振动位移的方向随时改变，测量时对鉴向的要求比较高。本文提出了一种莫尔条纹计数细分方法，可以完成高速鉴向及可逆计数。该方法具有量程大、分辨率高、响应速度快、抗干扰的特点。     

高速莫尔条纹信号单片机细分的一种方法

提出了一种莫尔条纹信号单片机细分系统。该系统采用闪电式模数转换器(简写ADC),可对高速莫尔条纹信号进行瞬间采样和转换,确定出其相对应的空间角位置。最后给出了模拟实验测试结果并对细分误差进行了分析     

非均匀采样莫尔条纹信号的分析与处理

为了动态、实时地测量光电编码器在变速转动情况下的细分误差,提出了一种莫尔条纹信号的非均匀采样分析与处理方法。利用傅里叶级数原理构造了实际情况下的莫尔条纹信号方程,根据编码器在不同转速下的实时采样,揭示了莫尔条纹信号的非均匀采样特征。鉴于信号采样的非均匀性,采用曲线拟合的最小二乘法重构莫尔条纹信号,利用离散傅里叶变换算法分析重构信号并求出波形参数。通过信号参数与细分误差的关系式,测量了编码器动态细分误差。采用该方法对21位绝对式光电编码器莫尔条纹信号进行了分析和处理,两次测试得到其动态细分极值误差为+3.21″、-4.69″和+3.45″、-4.81″。实验结果表明,该方法可以有效地分析和处理编码器在非匀速转动下产生的变频莫尔条纹信号,精确地测量编码器的动态细分误差,为工作现场编码器误差的实时检测与修正奠定了基础。     

基于FPGA实现光栅莫尔条纹高倍细分

对光栅莫尔条纹高倍细分技术进行研究。基于FPGA技术,采用基于FPGA的反正切函数优化算法,实现了正切函数法高速、高精度、高倍细分,通过仿真及实验表明,该系统细分倍数高、测量响应速度快,能满足高速、高精度的位移测量系统要求。     

基于DSP的光栅莫尔条纹信号辨向与细分电路研究

简要地介绍了光栅莫尔条纹信号的产生和测量原理，分析了基于DSP TMS320C240的莫尔条纹信号辨向及细分电路的组成及工作原理，通过硬件电路实现对光栅莫尔条纹信号的8细分，较大地提高了工作台位置检测系统的分辨率。     

空间精密位移信号软细分方法研究

为了解决高精度数控装备对位移传感器高分辨力反馈的需求,本文提出通过对空域信号特征的分析,从时空变换理论模型的角度去研究位移测量问题;利用光栅周期性栅线作为等空间位置触发位置采样建立空间序列模型;通过对光栅莫尔条纹信号自适应预测细分模型阶数与系数估计算法完成光栅莫尔条纹信号细分。实验结果证明此方法可以实现光栅莫尔条纹400倍细分,细分精度优于信号周期的±1%。此细分方法利用光栅刻划精度,信号细分精度与光栅信号波形质量无关,在不增加硬件的条件下实现光栅莫尔条纹精密细分,具有重要实际应用价值。     

角度基准中莫尔条纹细分的研究

在圆光栅用于角度基准研究中采用莫尔条纹的电载波调制电细分,把一对正交的莫尔条纹信号分成20000等分,并可实现仪器的动态和静态测量,还能动态检测光学度盘和圆光栅     

基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法

提出了一种基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法。在分析光栅尺测量原理的基础上,探讨双光栅尺信号的切换合成;通过对莫尔条纹电子细分计数脉冲切换误差的分析,研究减小切换合成误差的方法;采用可编程逻辑器件FPGA设计信号处理电路,并通过逻辑、时序仿真,验证了本方法的可行性。实验结果表明:此方法在光栅尺移动速度＞1 m/s时,具有10 nm分辨率,可满足新一代运动定位系统对高速高精度位移测量的要求。     

微型计算机在莫尔条纹信号细分中的应用

本文根据微型计算机的特点,提出了用“计算法”对莫尔条纹信号进行细分的原理,导出了计算细分值的表达式,在此基础上介绍了以TP801单板机为核心,完成64细分的实时数据采集与处理系统的组成、工作原理以及TP801单板机的工作程序,并对实验结果进行了分析和讨论。实验结果表明:用微型计算机完成莫尔条纹信号细分是可行的.     

基于DSP的光栅传感器信号同步采集与细分处理

高频率小位移振动信号的高精度测量可以使用光栅传感器来实现,但传感器输出莫尔条纹信号的频率也较高,这对信号采集和处理提出更高的要求。介绍了利用DSP和MAX115构成的系统对光栅传感器的两路输出信号进行高速同步采集,以及对光栅信号实现200倍频的软件细分方法。     

莫尔条纹信号相位误差补偿

为减小莫尔条纹信号不正交时的正切法细分误差,提出了一种可对任意相位滞后误差进行实时补偿的新算法.在分析了相位不正交对细分精度的影响后,通过对信号过零点的准确采样,计算出余弦信号相位滞后的角度值,进而确定了实际的相位计算公式.根据存在相位滞后信号的极性和幅值信息,对完整的短周期信号进行相位分段补偿,并分析了影响算法实现的各个因素.仿真实验表明,本算法可实现对相位滞后误差的实时补偿,有效降低信号相位不正交对细分精度的影响,使细分误差仅为未补偿误差的10%,极大地提高了莫尔条纹信号细分精度和位移检测精度.     

剪切散斑干涉术中剪切量的测量

由于采用剪切散斑干涉术测量离面应变和面内应变都与剪切量有关,所以剪切量的测量精度决定了应变场分布测量的准确性.本文论述了公式法、成像法、莫尔条纹法和相关法等4种剪切量测量法的测量原理,定性分析了它们的测量范围.搭建了一套剪切量测量系统,利用成像法、莫尔条纹法、相关法测量剪切散斑系统的剪切量,并以公式法计算的结果为准,比较其他3种方法的测量结果.结果表明:剪切量＞3 mm时,利用相关法测量具有较高的测量精度;剪切量＜3 mm时,奠尔条纹法测量效果会更好.因此,实际应用中,应该先根据实际测量条件估算剪切量的大致范围,然后依据估算范围选择合适的测量方法.     

Study on compound ultra-precision alignment technique

A nano-displacement measurement system with duo-gratings is analyzed by using optics theory,a mathematic model for the system is established,and the characteristic of laser Moirésignals is studied through CAD simulation.To improve signal sensitivity and positioning accuracy,two methods of precision positioning are brought forward：differential Moirépositioning method and modified Moirépositioning method.A compound control system for precision positioning is set up by combining these 2 Moiréalignment methods,in which the modified Moiréalignment technique is used for coarse alignment and the differential Moiréalignment technique is used for fine alignment,and the system obtains positioning accuracy of±10 nm in±500μm positioning range with shot response time.     

用虚光栅移相莫尔条纹法测量小球面曲率半径

随着近代光学、光通信等领域的迅猛发展,光学元器件的微小化已成为一个重要的发展趋势.球面是微小光学元件常见的一种面形.研究了一种基于虚光栅移相莫尔条纹术测量小球面曲率半径的方法.实验以Askania环形球径仪配备的曲率半径为17.92mm的标准凸球面样板为例,利用干涉显微镜拍摄了一幅含有载频的被测球面非接触干涉图,通过运...     

云纹法检测变线距光栅的线密度

变线距光栅在同步辐射装置、激光核聚变装置上有着广阔的应用前景,它的制作和检测方法尚未成熟,本文在介绍变线距光栅线密度变化规律的基础上,采用级数形式表达变线距光栅线密度,比较了几种测量方法后,将云纹法引入变线距光栅的检测中,从理论上介绍了几何云纹法和云纹干涉法,几何云纹法适合于线密度很低的光栅,云纹干涉法适合于线密度较高的光栅,云纹的密度反映了光栅的线密度,如果云纹非常密,精确地测量所有云纹的坐标比较难,可以用数云纹数目的方法测出光栅的密度变化,就变线距光栅的检测分别给出了有关理论公式,并给出实际测量中的光路和初步的结果,最后指出这种方法可以用在变线距光栅的加工中.     

基于迟滞比较器的条纹计数细分电路研究

为了提高基于条纹计数的位移测量在存在强振动的情况的测量精度与可靠性,提出了一种基于迟滞比较器的条纹辨向、计数与细分电路。该电路用迟滞比较器将正弦信号变换为方波信号,并为上升与下降跳变设置不同的门限电压,屏蔽信号在零点附近抖动引起的高频方波的出现。波形变换之后得到的方波由微分器与逻辑电路进行辨向产生双向计数脉冲。由于高频方波在微分之前被屏蔽,则误计数脉冲也被屏蔽。实验证明,这种电路具有很强的抗干扰能力,适用于存在振动及频繁换向情况下位移测量的条纹计数与细分。     

应用复Morlet小波变换分析条纹图相位

针对在使用干涉、Moiré偏折等方法进行流场高速动态测量时条纹图中大量无效数据对计算结果的影响,提出了一种基于连续小波变换的条纹图相位分析方法.利用小波变换的瞬时条纹频率分析能力,选用复Morlet小波及合适的小波参数,使得条纹图的小波变换模极大值与其调制度系数成正比,将其作为加权最小二乘法相位展开算法的权值,保证了相位有效展开.使用曲线拟合进行小波变换脊定位,缩短了定位时间并消除了噪声干扰.仿真实验显示,使用该方法得到的分析结果与实际相位值的相对误差小于0.01％;内波流场测量实验显示,使用该方法进行条纹图分析,密度梯度测量精度达到了5×10-6g/cm4.结果表明,用该方法进行条纹图相位分析可以有效消除无效数据对结果的不利影响,相位展开有效可靠,分析结果精度高.     

Fringe counting method for synthetic phase with frequency-modulated laser diodes

Fringe counting method with laser diodes (LDs) for displacement measurement has been constructed. Two LDs are frequency modulated by mutually inverted sawtooth currents on an unbalanced two-beam interferometer. The mutually inverted sawtooth-current modulation of LDs produces interference fringe signals with opposite signs for respective wavelengths. The two fringe signals are fed to an electronic mixer to produce a synthetic fringe signal with a reduced sensitivity to the synthetic wavelength. Synthetic fringe pulses derived from the synthetic fringe signal make a fringe counting system possible for faster movement of the tested mirror.     

Optical fringe subdivision with nanometric accuracy

Reliable bidirectional optical fringe counting is normally obtained by using two signals derived from the optical outputs of an interferometer varying sinusoidally with path difference and in phase-quadrature. This paper describes a calibration technique that uses these signals to achieve nanometric uncertainties in path length determinations. It discusses some of the limitations to achieving this uncertainty and describes a simple experimental technique for verifying the accuracy of fringe subdivision.