光栅刻划机300mm行程工作台研制及其自适应控制方法

光栅刻划机工作台性能及其控制算法是直接影响大面积光栅刻划精度的重要原因。为了提高光栅刻划机运行精度,研制了采用压电陶瓷进行微定位控制的300mm行程宏微两级工作台,建立了微定位工作台数学模型,仿真分析了工作台参数对系统动态性能的影响。采用反向传播(BP)神经网络比例-积分-微分(PID)算法对微定位工作台进行闭环控制。仿真分析表明通过增大内外台连接刚度或内外台之间阻尼在总体趋势上均可改善与光栅质量密切相关的微定位工作台动态性能。工作台定位实验表明,在以双频激光干涉仪为纳米位移测量基准的情况下,进行刻线密度为35line/mm以上常用光栅空运刻划时,BP神经网络PID算法可实现宏微两级工作台定位误差3σ值不大于5.0nm。以上研究为大尺寸光栅刻划机宏微两级工作台结构设计及控制算法的选择提供了理论及技术指导。     

基于PC总线的位置测量与电机控制卡

由于光栅,步进电机以及ＩＰＣ工业控制机在机械工业尤其是数控领域中普遍采用,研制出集光栅益检测与步进电机控制两个功能一体的适用于ＩＰＣ工控机的接口卡具有实用价值。文章介绍了基于ＰＣ总线的接口卡的设计,包括硬件结构体系,组成接口卡的几个功能模块以及误差测量控制系统的软件设计,并给出了应用实例。采用该体系结构,在丝杠磨床上实现了传动误差的测量与补偿,大大减小了丝杠传动误差。     

基于FPGA的高速高精光栅解调器设计

光栅传感器被广泛应用于位移、温度、应力等应变量的测量,光栅解调器测量光栅反射信号的波长位移量的精度决定了光栅传感器测量的准确度.采用嵌入式技术,使用ALTERA公司的高速FPGA器件和Nios-II软核设计了高速高精光栅解调器,其测量精度达到1pm,扫描频率大于2 000Hz.     

光纤光栅结构对磁场测量性能的影响

提出了一种基于光纤光栅的磁场测量方法.该方法主要是通过法拉第效应和对偏振相关损耗的测量来实现磁场测量.文中主要分析了不同光纤光栅结构对磁场测量性能的影响.分别通过分析普通采样光栅、啁啾采样光栅和切趾采样光栅由于透射谱的差异而导致磁场引起的透射光偏振损耗的不同,对这几种光栅结构及不同的光栅参数对测量范围、测量灵敏度的影响进行了仿真,为下一步的实验研究打下了基础.     

基于光纤传感的系统损伤识别的实验研究

由于光纤光栅传感器在工程应用中具有一系列的优点,所以通过研究光纤光栅传感测得的系统参数来分析系统有无损伤具有十分重要的意义。本文以铝梁结构为研究对象,基于光纤传感的系统参数的识别,搭建铝梁结构的光纤传感测量系统,通过测量铝梁结构系统的模态参数并对参数进行分析,来判断铝梁结构是否发生损伤;在此基础上,通过分析光纤光栅传感器测量所得的大量数据,对铝梁结构系统的损伤进行定位。实验研究结果表明该方法可以较好地监测结构系统的损伤并对损伤进行定位,很大程度上减少结构系统的安全隐患,在现代工程应用上有重要的意义。     

大行程亚微米级精密定位系统的研究

针对荫罩式等离子体显示器屏板定位的特点,研究了基于计算机视觉的图像定位和基于衍射光栅的叠栅定位两种方法,利用这两种定位方法,建立了精密定位的复合控制系统,其中图像定位作为粗定位,光栅定位作为精定位。通过粗定位与精定位相结合的两段式复合定位,可保证在较大的工作行程范围内,实现显示器屏板的高速高精度定位,有效解决了定位精度、定位速度与信号捕捉范围三者之间的矛盾。系统采用的快速图像边缘检测技术、特征图形标识识别技术、精密光栅检测技术和精密驱动控制技术,确保了较高的定位精度及工作可靠性。实验结果表明,采用复合式精密定位可在50 mm的工作行程内获得±0.15 μm的屏板定位精度。     

基于衍射光栅的超精密定位技术研究

分析了一种百纳米级位移分辨率的双级衍射光栅测量系统, 建立了衍射叠栅(莫阿)信号与对应位移的数学模型, 并通过计算机仿真对叠栅信号的位移特性进行了研究。在此基础上设计了一套基于双级衍射光栅的精密定位装置, 利用两组衍射光栅, 取其透射零次激光叠栅信号的差信号为控制信号, 由微机控制实现高精度位置检测及精密自动定位。系统采用的差动光栅技术, 极大地提高了位置检测信号的灵敏度及定位精度。通过粗定位和精定位相结合的两段式复合定位, 可在高精度定位的同时, 缩短定位时间, 实现高速高精度定位。实验结果表明, 基于衍射光栅的精密定位装置可获得±0.5 μm的定位精度, 对精密加工工程领域具有重要的实用价值。     

塑料表面浮雕光栅的复制及其光学特性

光栅作为一种重要的光学器件,不断小型化、商品化的发展趋势要求其制造技术应具有快速批量生产的特点.本文报道了一种以熔融石英光栅为模板,采用传统模压成型技术在光学塑料表面复制浮雕光栅的方法,实现了光栅的高效批量生产.并对复制出来的塑料浮雕光栅进行了光学特性分析.测试了不同温度下复制的塑料浮雕光栅衍射光斑图样、衍射效率和衍射级次的强度分布,重点研究了温度对复制浮雕光栅性能的影响,分析了不同温度下模板材料和光学塑料的热膨胀系数与复制光栅常数之间的关系.将批量复制出的塑料浮雕光栅和模板光栅进行实验比较,结果表明在最佳工艺参数条件下,批量复制出的塑料浮雕光栅与模板光栅相比.光栅常数偏差小于1%,衍射效率偏差小于5%,衍射特性与模板光栅基本一致.     

长周期光纤光栅温度传感器应变交叉敏感的研究

长周期光纤光栅是透射谱光栅,纤芯基模与同向各阶包层模发生耦合,谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感,比传统布拉格光纤光栅具有更好的温度、应力、弯曲、扭曲、横向载荷、折射率等的传感特性.由于长周期光纤光栅对两个或者多个参量都是敏感的,当光纤光栅用于传感测量时,很难分辨出各个参量分别引起的被测量的变化,交叉敏感问题比布拉格光纤光栅严重的多.交叉敏感是光纤光栅传感中的关键问题.分析了目前较为典型的解决策略和方案,在此基础上提出了联系的思想和解决方案,提出并实验验证了一种解决长周期光纤光栅温度传感测量中应力与温度的交叉敏感问题.充分利用了LPFG温度与应变交叉敏感的现象,利用联系的思想,将应变对温度的负面干扰转变为正面的增敏.     

基于反射式达曼光栅的频率分辨光学开关装置

采用反射式达曼光栅对飞秒激光进行分束,可以避免材料色散的影响.搭建了利用反射式1×2达曼光栅为基础的频率分辨光学开关(FROG)装置,并把测量结果与传统多发频率分辨光学开关装置的测量结果进行了对比.理论和实验结果表明,当输入脉冲宽度大于50 fs时,用达曼光栅作为分光器和使用分光镜分光的效果是一样的;当输入脉冲的宽度小于50 fs时,用达曼光栅作为分光器引入的展宽量明显小于分光镜引入的展宽量,尤其是当输入脉冲的宽度小于20 fs时用达曼光栅作为分光器的效果更为突出.