狭缝光电池的光栅角度检测方法

提出了一种新颖的单光栅增量式角度检测方法。该方法采用狭缝光电池阵列按照一定的逻辑相位组合取代光栅副中的定光栅,通过码盘与狭缝光电池阵列相互配合完成计数操作。这样既回避了狭缝与码盘的间隙问题,又降低了增量式光电编码器对抖动的敏感程度和其相关零件的精度要求,进而提高了莫尔条纹对比度,增强了细分精度,最终增强了其计量精度和计量的稳定性。采用狭缝光电池阵列可以实现在工业级大间隙的高对比度、高计量精度的角度检测,并且可从整体上较大地提高光电编码器的系统鲁棒性。     

一种新的光栅微位移测量方法的研究

为了实现光栅莫尔条纹的精确计数和微位移的高精度测量,提出了一种新的莫尔条纹精确计数算法.当光栅移动时,通过CCD摄像器件将莫尔条纹转换为动态光电信号,即随时间变换的正弦信号.利用条纹周期性的能量分布曲线,对移动的莫尔条纹进行精确计数和判向,通过使用Matlab软件编辑界面,直观的显示光栅莫尔条纹移动个数及光栅微小位移.通过对莫尔条纹精确计数达到了对微小位移测量.实验结果表明,测量精度可以达到1μm.     

纳米光刻双光栅对准莫尔条纹分析

为了给实际的纳米光刻对准工作提供理论研究基础,主要分析推导了莫尔条纹复振幅以及光强的空间分布规律.在理论分析的基础上通过仿真,定量地确定了莫尔条纹复振幅分布的近似数学模型.分析表明,当对准光路通过掩模硅片上的两个对准标记受到两次光栅的调制并发生复杂的衍射和干涉时,将形成有规律的、呈一定周期分布的莫尔条纹.并且当两光栅周期相近时,莫尔条纹将表现为一个与两光栅周期相关的空间拍信号.在近似模型中该拍信号主要由两光栅基频的乘积调制与振幅调制信号组成.两调制信号的群峰值周期相等、与拍信号的群峰值周期一致,并且该周期相对于两光栅周期被大幅度放大,因而具有很好的位移探测灵敏度,有利于纳米级对准的实际应用.     

基于莫尔条纹的自准直测角方法研究

提出了一种基于莫尔条纹的自准直测角方法.该方法将成像式光栅方法、基于莫尔条纹的扭转测量技术、自准直测角技术相结合,利用标尺光栅像和指示光栅形成的光栅副夹角变化所引起的莫尔条纹宽度变化来反映平台棱镜的角度变化,建立了平台棱镜旋转角度、光栅栅线夹角及莫尔条纹宽度之间的关系式.有别于传统莫尔条纹的计数处理,通过图像处理获得了莫尔条纹宽度信息.实验结果表明,该系统接收到的莫尔条纹对比度清晰,满足莫尔条纹图像处理的要求,在±7′范围内,与0.2″自准直仪的比对误差在0.2″以内.     

光栅信号低幅报警鉴测电路

一、光栅信号直线位移光栅数显系统的光栅传感器采用四裂相指示光栅,光栅副形成光闸莫尔条纹,光电元件将移动的这种条纹转换成四路相位依次差90°的正弦光栅信号,分两种方式输出。一种称为串接法,0°与180°两路正弦光栅信号串接,90°与270°两路正弦光栅信号串接,获得两路相位差90°的正弦信号,经整形后,输出两路相位差90°的方波。另一种称为直接法,光栅信号经射随器直接输出。对于20细分的数显系统,数显表接收的就是这种直接输出的正弦光栅信号,经差分运放处理,变为两路相位差90°的正弦信号。由于基准电压V_(ref)(2.5V)的加入,所以这两路信号成为正弦形的正的信号且以2.5V 为对称中心。根据数显功能的要求,对光栅信号进行各种处理和传递。     

单光栅数字莫尔位移测量法

提出了一种使用单光栅测量位移的新方法,在该方法中,光栅信号经放大后由图像传感器阵列接收并被传送至计算机,然后通过与其镜像图像叠加的方式得到数字莫尔条纹,最后利用图像传感器像素的空间均匀性对莫尔条纹直接进行细分进而测得位移量。与传统的双光栅莫尔条纹位移测量法相比,该方法完全消除了光栅副层叠间隙,装调更为方便,而且细分成本更低。在阿贝比长仪上对由周期为20 m的光栅和2 0481 536像素的CMOS图像传感器构成的分辨率为0.04 m的测量系统进行测试,结果表明其最大位移误差优于0.18 m。     

红外光源参数对光电编码器信号的影响

红外发光管是光电编码器的重要组成部分,而光源参数对莫尔条纹信号的正弦性和正交性有直接影响,从而影响光电编码器的细分精度和分辨力。文中研究了其发散角、光源宽度对编码器的信号影响。首先,分析了光源对光栅信号光通量的影响,运用频域方法导出了透光特性函数;然后,分析了两种不同光源对同一码盘形成信号的影响;最后,应用Matlab仿真计算了莫尔条纹信号的对比度、正交性、正弦性。实验结果表明,使用两种不同光源的编码器精度相差达到30%,改进后的编码器高次谐波占比明显减少,信号稳定性好。因此研究光源参数对提取高质量莫尔条纹有重要意义,并为高精度编码器设计提供重要参考依据。     

光栅数显位移测量系统

本文简要介绍了光栅莫尔条纹信号的产生及其测量原理,详细分析了莫尔条纹信号的放大整形,计数及数码显示电路。并且采用可编程逻辑器件GAL16V8实现莫尔条纹信号的四细分及辨向功能,极大地简化了电路,提高了系统的抗干扰能力。本设计主要是针对现有旧的长度/高度测试仪进行改造,实现其数字化显示,以及测量清零等周边功能,使用更方面,同时也提高了测量的精度。改变了原有只进行的定性检测（仅检测合格/不合格）的检测方法,实现了定量的检测与分析。通过实验结果可知,此系统可达到10μm的精度。     

莫尔条纹在微小振动测量中的应用

微小振动的频率和振幅的测量在工程技术领域具有重要意义 ,本文提出利用动态莫尔条纹光电信号测量微小振动的频率和振幅的方法。由于莫尔条纹具有放大作用 ,采用对莫尔条纹光电信号的细分技术 ,测量精度可以做得较高。实验表明 ,振幅测量分辨率可达光栅常数的二十分之一以上。     

同心环形光栅莫尔条纹的机理

本文着重论述同心环形衍射光栅的莫尔条纹产生机理,用几何和付里叶分析方法讨论产生的条纹图形,求出相应于同心环形衍射光栅在各种条件下所描述的莫尔条纹的方程式,并对其进行了仔细的定量分析。     

全息曝光条纹锁定系统特性研究

为了研究全息光栅拍摄过程中曝光对比度与干涉条纹漂移均方根值之间的关系和提高大面积光栅拍摄质量,采用莫尔条纹原理和线阵电荷耦合器件照相机系统组成的条纹锁定系统进行了光栅拍摄实验。对莫尔条纹的漂移量进行了实时采集和分析,发现条纹漂移主要由缓慢漂移和频率为3.1Hz的振动合成。得到了条纹漂移均方根值与光栅曝光对比度之间的数值关系,为预测光栅质量是否合格提供了理论参考。结果表明,要提高光栅拍摄质量,必须保证条纹漂移均方根值小于0.05λ。该条纹锁定系统完全可以满足此要求。     

X射线光栅相衬成像的仿真

根据菲涅耳衍射积分理论,提出了X射线光栅相衬成像系统的仿真模型。以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）小球作为成像物体模型,选取30 keV的X射线做模拟计算。通过仿真,得到了穿过球体和相位光栅的X射线波前的变化。采用多步位移法从模拟条纹图中恢复出了PMMA小球的相位信息,并分析了莫尔条纹对比度对成像质量的影响,为实际的实验提供可靠的参数选择。经过仿真得到的相移信息与通过实验得到一致,验证了仿真算法的正确性。     

莫尔条纹噪声控制及细分精度分析

为保证莫尔条纹电子学细分的精度和倍数,高质量信号的获得是前提条件,因此莫尔条纹的正交性、电平漂移、谐波失真及噪声污染等指标需要得到严格控制.针对噪声控制,提出了一种基于变步长神经网络的自适应算法应用于莫尔条纹的噪声滤除,它不需要信号的先验统计特性,对于线性和非线性噪声都具有明显的抑制作用,通过对算法更新步长的动态调整,能够保证不同频率莫尔条纹的滤波精度和跟踪速度.经实验验证,本算法的滤波效果优于常规滤波算法,且不必进行信号预测,特别适合于位置检测应用时的莫尔条纹高倍细分,为细分提供了很好的前期数据准备.     

光电轴角编码器莫尔条纹误差信号补偿

为保证光电轴角编码器在恶劣工作环境下的细分精度,提出一种基于Hilbert-Huang变换的误差补偿方法。针对编码器系统受正弦振动引起的测角故障,提出一种莫尔条纹误差信号的数学模型;采用经验模态分解算法,获取误差信号的本征模态函数,分别对本征模态函数进行希尔伯特变换解调分析,提取包含干扰特征的莫尔条纹信号;同时,基于光电轴角编码器的精码信号方波信息,获取精码信号的基波时域频率;提取与基波时域频率匹配的本征模态函数包络分量。以24位光电轴角编码器为实验对象,实验结果表明:编码器莫尔条纹信号动态细分误差峰值由约200降低到1.54左右,细分精度明显提高。     

莫尔条纹光电信号细分误差的实时补偿

为了保证高精度光电轴角编码器在恶劣工作条件下的细分精度,设计了基于高分辨率数字电位计的实时补偿处理系统。依据莫尔条纹光电信号的数学模型,说明了由信号等幅性偏差和直流电平漂移引起的细分误差的空间分布特征,并得出误差规律及计算公式,从编码器的光机装调、码盘均匀性、光敏元件调试等制作环节出发,指出了编码器光电信号细分误差的根本特性;受高精度光电编码器分辨力的约束,从编码器光敏元件输出莫尔条纹信号的形式出发,构建了分辨率为0.1 的数字电位计查找表;并设计了实时补偿的关键算法。以23位光电编码器为实验对象,在-40～60 ℃条件下对补偿处理系统测试,实验结果表明:直流漂移1.2%,等幅性2%,且自动补偿时间约为3 s,满足编码器分辨力（0.154）和工作实时性的要求。该方法可实际应用于编码器系统,能够提高编码器的环境适应性和测角可靠性。     

展宽器元件失调及带通分析

通过光线追迹法给设计的反射式单光栅展宽器建立了一个数学计算模型。利用这个数学模型计算和分析了元件失调对反射式单光栅展宽器二阶色散量和输出光束发散角的影响,并考虑了反射式单光栅展宽器中衍射光栅和球形凹面镜的尺寸与展宽器带通的关系。发现当平面反射镜 M1 的纵向偏离角为 0. 2°时,展宽器的二阶色散量最大,偏离角大于或小于0 .2°时,展宽器的二阶色散量随之减小;得到了元件失调会增加输出光束发散角的结论;并发现展宽器中衍射光栅和球形凹面镜尺寸的有限大小对带通有限制作用。提出了利用反射镜 M1 纵向的适当偏离增大展宽器二阶色散量的方法,以及增大衍射光栅和反射镜尺寸来提高展宽器带通的方法,从而进一步减少展宽过程中的光谱剪切。     

基于单幅干涉图的溶液浓度变化量测量

溶液浓度变化量的测量在材料、生物医学等领域具有重要的研究意义。为快速、非接触地测量溶液浓度的变化量,在马赫曾德干涉仪基础上构建测量光路,采用虚光栅莫尔条纹法处理含有浓度变化信息的单幅干涉图,借助对干涉图中溶液区域外部干涉条纹的分析,解决了常规虚光栅莫尔条纹法难以处理条纹密度分布不均匀的干涉图的问题。实验定量测得了NaCl溶液浓度变化量的分布情况。     

提高光电轴角编码器细分精度的改进粒子群算法

为提高光电轴角编码器的细分精度及莫尔条纹光电信号的细分倍数,设计了一种基于改进粒子群算法的信号正弦性修正方法。首先,根据莫尔条纹光电信号的数学模型,分析信号质量指标对细分误差的影响;并从编码器的制作、调试、使用等环节出发,指出信号细分误差产生的根本原因;然后,对改进粒子群算法的基本原理和实现步骤做了具体阐述;最后,以21 位光电编码器为实验对象,依据其精码转换的方波信息实现精码信号的自适应采样,同时应用改进算法对采集的编码器原始光电信号进行数据预处理,通过辨识信号模型中的3 个待定参量,直接实现信号等幅性偏差、稳定性偏差、正交性偏差的修正;对算法处理后的莫尔条纹信号进行细分精度检测,实验结果表明:编码器细分误差峰值由19.08降低到2.86,细分精度明显提高。     

莫尔条纹同向法测量透镜焦距

本文利用干涉条纹和Rochi光栅形成的莫尔条纹在离透镜2倍焦距方向不变的原理测量凸透镜焦距。该法精度高,操作极其简单。