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。     

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。     

莫尔信号正弦性误差补偿中的波形建模方法研究

针对光栅莫尔信号正弦性误差补偿过程中波形方程建立准确性影响误差补偿效果的问题,提出了一种根据实际细分倍数要求进行波形建模的方法。在基于粒子群算法(PSO)的光栅莫尔信号正弦性误差补偿原理的基础上,说明信号波形方程建立的重要性;针对波形方程建立时谐波选取问题,量化直流漂移及各次谐波含量带来的角度误差情况,为波形方程建立提供参考;利用仿真实验验证了模型建立的有效性,并在FPGA平台上实现PSO算法对信号波形参数的求解,对比波形方程在不同维数的情况下对资源占用的影响;最终搭建光栅系统平台对本文所提方法有效性进行验证,结果表明该补偿方法能够有效减小信号中的正弦性误差成分,细分误差由0.74″降低到0.30″。     

正交光栅信号的脉宽调制细分析术

介绍了半正交光栅信号合成近似三角波，再对合成信号进行脉宽调制的细分技术。该方法的细分精度主要决定于原始正交光栅信号的稳定性，一个周期内的非线性误差可由软件修正，整个测量过程的系统误差也可由软件补偿。     

正交光栅信号的脉宽调制细分技术

介绍了将正交光栅信号合成近似三角波，再对合成信号进行脉宽调制的细分技术。该方法的细分精度主要决定于原始正交光栅信号的稳定性，一个周期内的非线性误差可由软件修正，整个测量过程的系统误差也可由软件补偿。     

光电瞄准仪光栅测角数字优化设计

本文介绍了用于光电瞄准仪方位测量的光栅测角技术,在分析软件细分原理和误差因素的基础上,得到了直流分量误差模型和偏心误差数学模型,通过该模型对光栅信号进行数字量优化处理。该技术的应用提高了光电瞄准仪光栅测量精度,研究成果可在未来火箭或导弹瞄准设备中推广应用。     

基于LABVIEW的高精度光栅细分方法

光栅测量技术的基本内容主要是光栅信号的计数和细分问题。高精度的光栅测量其分辨率要求达到纳米级甚至微纳米级。通过提高光栅刻线密度来提高其测量精度和分辨率是无法达到的。为了使光栅测量具有更高的精度,我们只能对光栅信号进行细分处理。在本文中我们利用LABVIEW软件提出一种软件细分方法,利用光栅信号的两路信号的正负以及绝对值差的正负将信号周期分为八个区间,计算出每个区间的细分值,并且用LABVIEW软件进行编程,从而达到细分的效果。     

光栅传感器正交信号自动实时补偿技术研究

为提高光栅尺的测量精度和分辨率,对光栅位移传感器输出信号的自动实时处理方法进行研究。分析了光栅尺输出信号中存在的误差因素,根据Heydemann误差补偿模型修正信号中的非正交误差、直流误差和不等幅误差,利用CORDIC算法对修正后的信号进行细分。处理过程在LabVIEW环境下进行,利用FPGA模块实现信号实时处理,并与XL-80干涉仪比对验证该处理可有效补偿信号中的各类误差,且测量相对误差不超过±2μm。     

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     

基于FPGA的光栅莫尔信号正弦性误差补偿电路研制

针对光栅莫尔信号正弦性误差对细分结果造成影响问题,对基于粒子群算法(PSO)的光栅莫尔信号正弦性误差补偿方法展开研究。在量化分析信号正弦性误差引入的细分误差的基础上,对基于PSO算法的正弦性误差补偿方法进行阐述。设计基于FPGA的补偿算法实现电路,对实现过程中的关键问题进行分析并提出解决方案。最终在FPGA电路板上对实际信号进行算法电路有效性验证,结果表明,应用该电路能有效地补偿信号正弦性误差,将信号的细分误差峰峰值由0.7″降低到0.14″。     

增量式光学编码器 IAS 信号误差建模及补偿

增量式光学编码器在制造与安装的过程中不可避免的会出现刻线误差和细分误差,这些误差会降低角度测量的精度并导致瞬时角速度(IAS)信号波动,研究刻线与细分误差的补偿途径有重要意义,但现有方法存在误差补偿效率低,不易现场应用等局限。针对上述问题,本文首先对增量式光学编码器的刻线误差与细分误差进行分析并建立误差模型,揭示了刻线误差、细分误差与IAS信号波动之间的联系。在此基础上提出了一种使用IAS信号对增量式光学编码器刻线与细分误差进行补偿的方法,该方法具有效率高、无需对编码器进行改装等优点。通过仿真分析对本文所建立的误差模型的正确性与误差估计方法的可行性进行了验证,并在RV传动实验台上对伺服电机末端的增量式光学编码器进行刻线与细分误差补偿,最后使用光学旋转平台对增量式光学编码器误差进行测量,通过对比分析验证了本文所提方法的有效性。     

单频激光干涉仪正交信号的高精度处理

为了提高单频激光干涉仪正交信号相位细分辨向的可靠性与重复性,本文在正交信号Heydemann误差模型和数字信号处理技术的基础上,提出一种结合误差修正和相位细分辨向技术的正交信号高精度误差补偿算法。该算法采用基于最小二乘法的矩阵运算计算正交误差补偿参数初值,通过迭代运算进一步提高补偿精度,并对修正后的信号构建了基于相位的细分辨向算法。最后通过MATLAB软件对该算法进行了验证。实验结果表明,上述算法可实现对正交信号误差的精确补偿,使测量精度可达亚纳米甚至皮米数量级,从而有效提高测量信号的解调精度。     

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...     

基准圆光栅偏心检测及测角误差补偿

为了修正关节测试平台中由圆光栅安装偏心所产生的测量误差,建立了圆光栅偏心测角误差补偿模型并对安装偏心检测方法进行研究。首先,根据圆光栅测角与偏心参数间的几何关系,推导出圆光栅测量误差补偿模型。然后,描述了采用双读数头对比接收正弦信号间相位差,检测偏心参数的方法和原理;通过合成信号的李萨茹图形,检测出关节测试平台内圆光栅的偏心距及偏心方向。最后,根据所推导的偏心测角误差补偿公式对测试系统进行修正。对比实验结果表明:修正后的圆光栅测角精度大幅提高,测量精度提高了近5倍,满足关节测试平台的测量精度要求。     

深孔表面三维形貌测量与控制装置的研制

针对深孔表面三维形貌难于检测的问题，在传统的触针扫描技术的基础上，利用柱面激光-全息光栅传感器，设计出了独特的光栅信号采集处理电路，采用大小数细分与融合的方法，来进行表面微观轮廓信息的采集。由上位机通过PCI总线的多功能板卡及步进电机细分驱动器来进行触针轴向微位移量的高精度运行控制，较好地实现了对深孔表面三维形貌的测量。详细介绍了深孔内表面三维形貌的测量与控制装置的测量原理、软硬件设计及特点，并给出了实验结果。     

基于RBF神经网络集成-模糊加权输出的数字温度传感器误差补偿

数字温度传感器存在非线性误差,在高精度测温系统中需要进行误差补偿。提出了一种基于径向基函数神经网络集成-模糊加权输出(RBFNNE-FWO)的数字温度传感器误差补偿方法:首先根据数字温度传感器的误差特征,提取特征阈值,构造三个相互独立的成员RBFNN;考虑到成员网络之间边界误差补偿问题,构建一种RBFNN集成输出权值模糊调节器,获得RBFNN集成输出权值,从而完成数字温度传感器的全量程误差补偿。与多种方法的比较仿真实验表明,这种RBFNNE-FWO方法的性能最佳、各成员网络边界误差最小,补偿后的数字温度传感器误差减少了两个数量级,大大提高了测温准确度。     

一种高精度测量转矩方法的研究

针对设计出的光栅转矩传感器,利用CPLD工作频率高的特点,采用高频脉冲插值法进行精确计数。结合单片机系统,完成对数据的处理。同时研究了转矩的温度补偿和初始相位补偿问题,提出了一种高精度测量转矩的方法。     

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。