圆光栅测角系统信号细分电路设计

为提高圆光栅传感器对角度进行数字测量的精度和分辨力,使其更加广泛方便的应用于航天、机器人控制等领域中,设计了圆光栅角度测量系统及其测角信号移相电阻链细分电路,其将测得的原始的光栅正余弦信号施加在电阻链两端,在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相同的电信号,经整形、脉冲形成后就能在信号的一个周期内获得若干计数脉冲,实现信号细分。该系统可精确的测量大方位、大俯仰、小方位、小俯仰四个轴系的角度位置。     

平面反射式二维光栅测量系统研究

针对超精密运动台的二维亚微米级精度同步测量需求，提出并建立了平面反射式二维光栅测量系统，研究了平面反射式二维光栅的平面位移同步测量方法，分析了平面反射式二维光栅测量系统的误差传递模型。通过Vold-Kalman滤波算法，对光栅信号中存在的高次谐波误差、幅值/相位误差进行实时修正和滤除。采用反正切细分算法和周期测量法对光栅正交脉冲的频率进行测量，实现对被测目标的高分辨率测量和实时运动速度测量。同时，构建了亚微米级测量精度的平面反射式二维光栅测量系统，测量范围为500 mm×500 mm,x、y方向的定位精度为±0.3μm，测量分辨率为0.005μm。     

皮秒脉冲在级联光纤光栅中的传输特性研究

基于波分复用(WDM)系统中级联光纤光栅色散特性,研究了皮秒脉冲宽度以及光纤光栅长度和耦合系数等参数对脉冲压缩的影响;以高斯脉冲为例,运用等效色散的方法数值模拟了皮秒脉冲经过常规光纤和级联光纤光栅的演化过程.结果表明,选择合适的参数,级联光纤光栅可以对在普通光纤中色散展宽的脉冲进行色散补偿.还发现,进一步增加光栅长度,可使脉冲得到有效压缩.     

非等光强正交圆偏振光对液晶偏振光栅衍射特性的影响

在实际的制备过程中,不可避免地存在非等光强正交圆偏振光制备液晶偏振光栅的情况。为了探究这种情况对制备出的液晶偏振光栅的衍射特性有何影响,本文首次从理论上,利用琼斯矩阵法推导计算出该情况下液晶偏振光栅的衍射特性。首先,计算出两束非等光强正交圆偏振光叠加后的偏振态分布。其次,利用斯托克斯参数表征叠加光场对光控取向膜的折射率响应矩阵。最后,以该响应矩阵为基础,求得液晶偏振光栅的2×2琼斯矩阵。结果表明,非等光强正交圆偏光制备的液晶偏振光栅理论上可以实现0级和1级的光强分布同时受液晶盒盒厚和入射光偏振态的调制,实现0级或±1当中任意级次衍射效率可达100%。在非等光强正交圆偏振光情况下,制备出的液晶偏振光栅依然具有良好的光学特性。     

DSP在电机测速中的座用

DSP目前被广泛应用于许多领域,例如数字通信,图像处理,电机控制等方向.本文以TI公司的TMS320LF2407A芯片为例,介绍了DSP在电机测速中的应用,由于TI的2∞0系列芯片内含捕获单元和正交编码脉冲(QEP)电路,所以可以很方便地用于电机测速和控制.     

基于DSP和光电编码器的永磁同步电机速度检测系统

为获取永磁同步电机转子速度,设计了一种基于DSP控制器正交编码电路和光电编码盘的检测系统。DSP识别光电编码盘上光敏管所产生的两路正交编码脉冲,对捕获的脉冲信号进行加减计数,通过对DSP编写的用户程序读取当前计数值,计算电机转子转速。阐述了TMS320F243芯片正交编码和增量式光电编码盘的工作原理,建立了由永磁同步电机、DSP板、逆变功放板和PC机组成的实验测量装置。实验结果表明,在给定的转速设定值下,能够实现快速和较高精度的速度检测,能够满足一般工程系统对交流调速和伺服控制的性能要求。     

飞秒激光测距中空气色散补偿理论研究

研究了飞秒激光测距中空气色散对其脉冲宽度的影响,探讨了飞秒激光脉冲宽度随入射初始飞秒脉冲宽度、中心波长和激光传输距离等参数的变化关系。为保证飞秒激光测距精度,提出采用高密度透射式光栅的飞秒激光测距空气色散补偿方法,并详细分析了光栅周期、光栅对间距对不同中心波长的飞秒激光脉冲宽度压缩的影响。该方法具有体积小和操作方便等优点,对采用飞秒脉冲激光进行长距离高精度测量实验研究具有一定的指导意义。     

激光光栅干涉技术的微位移测量研究

为提升精密测量的精度与量程,提出了激光光栅干涉技术的微位移测量方法.通过集成双光栅微位移测量方法以2 组近似正交相位差的光栅交替选择并累积高灵敏度测量区域,扩大测量量程,且在测量过程中避免激光光束存在抖动问题,通过频率调解法实行外差干涉信号处理,转变待测物理量的信息为调相或调频信号,实现测量的高分辨率.检测结果表明,该...     

基于“2+1”相移算法的正交复合光三维测量方法

提出一种基于"2+1"相移算法的正交复合光栅投影三维测量方法。用2帧相移量相差为π/2的正弦光栅加1帧背景光代替传统正交复合光栅相位测量轮廓术(OCGPMP)中3帧等相移正弦光栅,并将受背景项调制的载波频谱放在受2帧正弦相移光栅调制的载波频谱中间,由于背景项只有直流分量对载波的调制,与相邻调制载波交流调制成分不会发生频谱混叠,从而拓展了两相移光栅的载波频谱宽度,有效减少了频谱混叠,降低了相位测量误差。计算机仿真和实验结果表明,该方法将测量精度提高到传统OCGPMP的1.74倍。     

基于DSP的简易数字频率计

采用TMS320F2812 DSP芯片为控制单元,在无需任何门控器件控制的情况下,利用DSP 2812丰富的软件资源实现了等精度测量.根据每个门闸时间内高频标准脉冲的个数与已知被测信号的个数,求得被测信号频率,再通过多次平均得到最终结果.     

压电微角度驱动器及其闭环控制检测系统

采用高碳铬轴承钢GCr15作为压电微角度驱动器的加工材料,满足了系统高硬度、耐磨性、抗腐蚀性等要求。运用柔性铰链结构为压电陶瓷提供预紧并扩大输出角位移。通过TMS320LF2407型数字信号处理器(DSP)实现对运动系统的控制,提高了系统数据处理能力和运行速度。对运动系统采用数字比例-积分-微分(PID)闭环控制,提高了驱动器的位移分辨率和重复定位精度。在检测系统中,通过集成在驱动器上的圆光栅,将驱动器的实际输出结果一方面液晶显示,另一方面反馈到DSP内以进行闭环控制。驱动器单周期角位移精度可达3%。     

基于DSP的集成光栅细分数显装置的研制

设计了一种新的硬件系统,采用光栅位移传感器结合DSP器件实现了位移测量的数字化;传感器输出信号先采用电阻链分相细分,然后通过TMS320LF2407A内部脉冲编码电路（QEP）完成辨向和二次细分,达到了高精度位移测量的目的．测试实验证明该方法集成度高,实时性好,测量精度高．     

光栅干涉位移测量技术发展综述

介绍了经典双光栅测量系统、非对称双级闪耀光栅测量系统、单光栅测量系统、基于2次莫尔条纹的光栅测量系统、同心圆光栅2维位移测量系统、2维光栅位移测量系统的测量原理,阐述了各系统的关键问题及不足之处。同时结合双频激光干涉仪外差干涉思想,在单光栅测量系统的基础上,提出了双波长单光栅式纳米级位移测量方法,并通过分析系统特点指出该方法能实现大量程测量、获得纳米级的精度和分辨力。在对各种测量方法进行综合比较之后,总结了光栅测量的关键问题,并展望了光栅干涉位移测量的未来发展方向。     

基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量研究

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法,该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号,通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点,结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号,获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量,实验结果表明,经过线性修正后,其位移误差不超过0.241%。     

双光栅干涉位移传感器原理及其误差分析

双光栅干涉位移传感器拥有量程大、精度高等优点。文中详细阐述了传感器的测量原理,并对此理论原理进行ZE MAX软件仿真。与此同时,基于角谱理论推导得到干涉场中的光强分布。结果表明,激光通过双光栅后可以得到三角函数分布的干涉条纹,且双光栅相对移动一个光栅距离时条纹相应移动一个周期。最后分析了对双光栅传感器位移测量结果可能带来误差的因素,以及这些因素对测量结果的影响,文中给出了部分因素的误差表达式。     

一种小型化纳米级单光栅位移测量系统的研制

随着纳米技术的广泛应用以及人们对纳米位移测量认识的不断深化,光栅位移测量技术正在受到广泛的关注。在研究反射式光栅位移测量原理的基础上,设计并实现了一种小型化纳米级单光栅位移测量系统,对系统总体设计、光路布局以及软件算法进行了阐述,最后,利用电容位移传感器ASP-10-ILA等辅助仪器进行了对比实验。实验结果表明:在两路信号不完全正交的情况下系统也能实现准确测量,且理论上系统的位移测量分辨率达到1 nm;在电容位移传感器的量程范围内进行小位移对比试验,系统测量均值与参考值最大偏差118 nm,且与拟合直线偏差均小于100 nm;当光栅发生10 mm以上的较大位移时,测量结果与均值的偏差均小于5 ppm。     

基于光栅传感器位移测量的软、硬件设计

提出了一种基于AT89C51单片机开发的光栅位移传感器对线性位移进行测量的方法。其硬件设计包括数据采集、辨向、数据处理和数据显示。把读数头输出的信号(脉冲电信号)，经过硬件电路辨向，送入计数器8253计数，利用AT89C51单片机进行信号处理，最终转换成实际的线性位移值显示出来。与其他系统相比，他的硬件电路简单，并能实现较高的位移测量精度。     

变栅距光栅位移传感结构研究与误差分析

针对传统位移传感器测量精度低、量程小和稳定性不足的问题,文章提出并实现了一种基于变栅距光栅的位移传感器,进行位移特性测试并重点分析了测量过程中的误差问题.实验中将变栅距光栅置于电动位移平台上,通过调节平台位移控制光斑入射位置,建立光栅位移与反射光谱一级衍射中心波长之间的相关关系,实现波长对位移的编码.平台移动范围为0～...     

圆光栅测角传感器在线自校准系统研制与实验

为了解决测角系统在实际应用中的在线校准问题,设计了一种圆光栅测角传感器在线自校准系统。基于圆封闭原则和傅里叶级数的性质,建立了测量值与单读数头误差之间的关系,实现单读数头自校准。该自校准系统由读数头、玻璃圆光栅、单轴转台和多通道采集控制系统组成。实验结果表明,测角传感器自校准系统的单读数头测量精度为5.90,接近于借助外部参考标准的谐波补偿方法后的精度,系统测量重复性小于0.76。自校准测量系统可实现圆光栅测角传感器在线校准的同时,满足了精密测量领域对精度和可靠性的要求。     

图像式角位移测量技术研究进展与展望

图像式角位移测量技术是采用数字图像处理技术实现光电位移精密测量的新兴技术。因其较传统莫尔条纹技术更能在小尺寸光栅码盘下实现高精度、高分辨力的角位移测量,已成为当前的研究热点之一。为了进一步研究图像式角位移测量技术,本文系统的对现有的使用图像探测器的测量技术进行了分析,总结了国内外发展现状的优缺点,并对图像式角位移测量技术的发展进行了展望,为高精度高分辨力角位移测量技术的研究提供依据。