光栅传感器细分技术的研究

光栅传感器输出信号的细分技术是实现高分辨率位移光栅测量的关键技术。利用正切函数曲线在最开始一段区间线性度较好适合高倍数细分的特点,把该区间的正切值细分并制成与细分数相对应的数据表。建立实际的李沙育圆与标准圆的转换关系,把实际测得的信号转换成标准圆中的数值。通过查表来获取准确的细分值,有效的提高了运算速度,细分倍数提高到两千份,使分辨率达到了纳米级的测量水准。通过实验测试,在测量过程中没有出现丢失数据的现象,计数稳定、准确。     

基于最小二乘法的光栅干涉传感细 分误差校正研究

针对纳米级分辨率光栅干涉传感中存在的细分误差问题,对光栅干涉传感的细分原理、传感信号中的噪声以及非线性误差等方面进行了研究。采用数字细分方式,对传感光电信号进行了数字滤波处理以降低噪声信号干扰,对传感信号中存在幅值波动、直流电平漂移以及相位非正交性等缺陷建立了非线性误差模型,并基于最小二乘原理提出了一种非线性误差修正方法;利用纳米二维定位平台对光栅干涉传感系统进行了测试。研究结果表明:在50 nm步距以及200 nm步距两组等位移量连续测量的测量列中,非线性误差修正后测量列的标准差较修正前均有显著的降低,说明光栅干涉传感信号经非线性误差修正处理后可以较明显地校正细分误差,提高细分精度。     

一种新型纳米光栅传感器的理论研究

为了开发结构简单，抗干扰能力强的纳米测量精度光栅传感器，对基于二次莫尔条纹信号的纳米测量精度光栅传感器的测量原理进行了理论分析，通过仿真计算，其测量分辨力可达到5．40〉（10^10-10m，测量精度可达到纳米级。此外，对指示光栅和标尺光栅不平行时对二次莫尔条纹信号质量的影响进行了理论分析和仿真计算。     

基于光栅干涉相位移动扫描的超精密测量方法

精密定位技术作为精密制造和精密装备的基础,一直制约着我国精密制造和精密装备产业的发展,而纳米级的位移测量技术又是制约精密定位技术发展的一个重要原因.研究了一种基于光栅干涉相位移动扫描原理的纳米级位移测量系统,利用光栅干涉仪实现光学四倍频,再利用条纹移相机构实现信号的进一步细分,获得亚纳米级的测量分辨率.     

粗光栅信号全数字化处理法实现高倍数细分

针对在粗光栅软件细分中的信号误差影响细分数的问题,提出了按细分的主要误差来源分类进行数字滤波和补偿的全数字化处理法,以达到粗光栅高精度测量的要求。首先对光栅测量信号进行有针对性的数字滤波,使其波形接近于理想状态。然后根据误差来源进行数字补偿,通过对软件数字细分原理的分析,推导出了原始信号不正交、幅值不等、谐波失真等误差影响细分结果的表达式,并提出了与此相对应的数字补偿方法。最后用软件细分法对测量信号进行高倍数数字细分。滤波前后波形信号的仿真比较结果验证了基于严格线性相位的FIR数字带通滤波器可以有效地屏蔽光栅信号频谱中的高低频干扰和噪声。研究结果表明,在粗光栅满足一定质量的前提下,利用全数字化处理法能够满足500细分的精度要求。     

基于时空转换原理的光栅莫尔信号数字细分

光栅测量的分辨率受限于光栅盘的刻划间距,需通过电子细分等方法提高其测量精度。文中借助时空转换原理,通过载波调制将表征光栅位移的莫尔信号相位加载到时间信号中。证明了通过对时间信号的周期测量实现光栅莫尔信号的40倍细分的方法可行性,并基于现场可编程门阵列(FPGA)平台设计了光栅莫尔信号的40倍细分集成化的功能电路;分别使用仿真与实际电路测试验证了细分方法的有效性。基于时空转换的数字细分系统具有可靠性高、易于集成以及低成本可定制化等优点。     

基于DSP的宽动态范围莫尔条纹计数与精密细分技术

为莫尔条纹的计数与细分提供了一种基于DSP(数字信号处理器)的高速软件解决方案。它能有效的解决传统系统中计数电路与细分功能不能无缝匹配的问题,提高测量的准确性。由于采用了高速信号处理和闪烁采样技术,采用该方案的系统能处理宽动态范围的莫尔条纹信号。提供的实例能对从直流到1MHz的莫尔条纹信号进行计数与细分,对于1μm光学分辨率的光栅测长系统来说,其相应的最高测量速度为1000mm/s,细分步长可以达到nm级。     

光栅信号补偿及软件细分算法研究

光栅线性位移传感器作为精密测量的研究对象,其对栅距细分提高分辨率的研究具有重要地位。根据光栅信号的数学模型,提出了基于离散傅里叶变换预处理和最小二乘法椭圆拟合并根据输出信号各误差依次补偿的组合方法。对补偿后的信号提出了一种线性化处理的软件细分方法,该细分方法可以实现16倍的栅距细分。利用MATLAB软件对光栅信号的补偿算法和细分算法进行了仿真,验证了所提出算法的可行性。     

精密衍射光栅信号的椭圆拟合与细分校正算法

讨论了对相位差为非严格 90°的衍射光栅干涉条纹两路正弦信号的椭圆拟合算法的实现 ;提出了基于光栅正弦信号实际相位差进行残余相移识别的软件细分校正方法 ;分析了常规软件细分处理方法的缺陷并对常规细分处理方法所引起的测量误差进行了仿真。测量系统稳定下的噪声测量实验证明了本文提出的细分校正方法在提高光栅测量精度方面的有效性     

锁相倍频细分中光栅位移跟踪速度与分辨率的关系

针对光栅传感器信号细分时普遍存在的分辨率提高、位移跟踪速度下降这一现象,基于锁相倍频细分方法研究了光栅位移跟踪速度与分辨率之间的关系.以50线/mm的普通光栅尺为例,利用FPGA芯片的底层嵌入模块74297实现了对光栅信号的锁相倍频细分.研究了锁相倍频细分电路的截止频率,推导出光栅跟踪速度与分辨率的数学关系.利用QuartusⅡ软件搭建了锁相倍频细分电路,利用Simulink工具箱对该电路进行了建模和仿真,验证了所得结果的正确性,为设计高分辨率、高位移跟踪速度的数字集成化光栅数显装置奠定了基础.     

光电轴角编码器细分信号误差及精度分析

高分辨力光电编码器通常利用码盘精码两路正交的正、余弦信号,通过细分达到高分辨力.为使细分技术更加完善,本文对细分误差进行了专题研究.分别对信号直流分量误差、幅值误差、相位误差、谐波分量误差、噪声误差和量化误差等进行了数理分析,通过对细分误差的特性分析,得出了误差规律及其计算公式,形成了比较完整的光电编码器细分误差及精度分析的数理结果.结果表明,一般情况下细分精度在1.5％左右.文章指出,利用码盘精码通过细分提高分辨力,应在码盘选择、轴系设计、信号提取、电路设计、工艺调试等各个环节充分考虑细分误差的影响.研究结果可用于在产品设计时,合理进行误差分析与分配,预估产品的精度,为减小设计误差提供参考.     

光栅振动检测系统中信号处理关键技术的研究

针对高频光栅振动信号的处理要求,设计了基于DSP的振动信号处理系统.采用状态机的方法克服了信号采集不同步的影响,并结合DSP软件细分算法实现了光栅振动信号的高倍细分.测试数据表明:该系统分辨率高、动态范围宽、实时性强,可集成光栅振动传感器应用于微位移、微振动的测量领域中.     

一种光栅莫尔信号数字锁相细分方法

为了保证和提高光栅传感器在动态测量过程中信号细分结果的准确性和实时性,本文提出一种新型的莫尔信号数字锁相细分方法.该方法采用开环结构,根据光栅莫尔信号的实时频率,利用小数分频方法完成对光栅莫尔信号的细分功能;开发了基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字锁相细分电路,并对细分实现过程中的电路关键环节进行详细分析;使用自制...     

光栅信号软件细分技术及其误差分析

对光栅头输出的两路信号sinΦ和cosΦ进行A/D转换后,通过其转换结果的极性及比较两者绝对值的大小实现莫尔条纹八细分。通过两者比值形成的正切或余切值计算细分数,从而实现再细分。并对该技术引入的误差和光栅信号的辨向进行了研究。     

精密离心机转速测量系统设计

为了提高精密离心机的转速控制精度,需要有高精度的转速测量装置。文中利用光栅传感器把转速信号转换成脉冲信号,使用数字逻辑实现对光栅信号的频率细分,并采用FPGA对电机转速进行测量。通过SPI接口实现与外部设备间的通信,从而提高对转速的测控精度。     

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。     

一种基于相位光栅干涉微位移传感器的研制

高精度微位移传感器是表面计量技术的关键技术之一.文中介绍了一种低成本、高精度的接触式微位移传感器.该传感器采用平行簧片实现精密直线运动,相位透射型正弦衍射光栅作为计量光栅实现高精密的位移测量.文中分析了其测量原理、光学原理、干涉条纹的光电接收以及辨向、细分.理论分析和实验应用结果表明该传感器垂直分辨率可达到nm级,测量量程为2 mm,可以用于微纳米表面形貌和轮廓的测量.     

一款光栅尺数显表的设计

叙述一款光栅尺数显表的设计,介绍对光栅尺传感器输出脉冲的细分辨向原理。基于该原理,可将光栅尺测量分辨率提高4倍。同时简要介绍了单片机对光栅尺传感器输出数据的处理。该数显表采用计数器芯片计数与单片机对数据处理相结合的技术。具有体积小、成本低、计量准确、结构简单、工作可靠、校准简单等特点。