衍射光栅超精密位移定位检测新方法

光栅干涉仪测量是精密位移检测系统中常用的检测方法,具有较高的检测分辨率。为进一步提高光栅干涉仪位移检测分辨率,通过对光栅干涉条纹信号的分析,提出了一种基于衍射光栅相位移动的超精密位移定位检测新方法。采用衍射光栅作为测量元件,通过在经典的衍射光栅位移检测系统中加入光电传感器的相位运动,改变衍射光栅系统的接收相位。其方法是调整光栅干涉仪系统,使得传感器接收视场中只有两个条纹;在目标定位运动台的最后定位阶段,使接收系统的光电传感器在检测视场的两个干涉条纹间进行移动,即改变了光栅干涉仪的接收相位。这种位移检测方法突破了检测元件本身的物理限制,在理论上可以获得亚纳米级以上的超高位移检测分辨率。依据相位移动原理,搭建了具有相位移动功能的光栅干涉仪超精密位移检测定位系统。通过定位检测试验证明了所提方法的有效性。     

输出正交正弦波的光栅尺在位移测量中的脉冲细分原理

讨论了输出正交正弦波的光栅尺 (又称光栅线位移传感器 )在位移测量中的脉冲细分原理。基于该原理 ,可将光栅尺位移测量分辨率提高 1～3个数量级。还介绍了单片机光栅尺位移测量系统 ,该系统具有自动消除累积误差、计数长度无限制的特点。     

土体微位移精准监测研究

基于光纤光栅传感器制备了一种测量土体内部微变形的位移传感器,该传感器主要包括光纤光栅、PVC(Polyvinyl chloride)管和光纤锚固板.标定试验发现,微位移传感器的最小分辨率为0.0083 mm,灵敏度为0.12 nm/mm,可测量的最大位移为7.58 mm.通过边坡模型试验与有限元模拟计算对比研究发现,有限元计算与光纤光栅传感器的结果吻合较好,3个微位移传感器与有限元计算结果分析所得平均误差仅为0.033 mm,平均误差约为6.7％.本研究制备的微位移传感器具有灵敏度高、制备工艺方便、制备流程快捷、使用方法简单的特点,为土体内部微位移的监测提供了一种新型的测量方式.     

基于光栅传感器的高精密直线位移测量及误差分析

为实现快递自动存取装置直线角位移的精密测量,基于光栅传感器,本文详细分析了实现高精密位移测量的基本原理及实现方法,设计了四倍频辨向电路及相应的模拟电路,包括光栅传感器计数和结果显示模块。为实现纳米级的位移测量,以51单片机作为控制核心设计了相应的软件系统,实现了光栅信号的实时显示及处理。最后,本文分析了系统误差的来源,并进行了详细的位移测量误差分析。实验结果显示,系统能够实现精密位移测量,并可以有效地应用于以位移测量为主的精密测量仪器中。     

大量程纳米位移传感器的微纳加工制造

针对解决大量程纳米位移精度测量难度大的问题,提出了新型纳米时栅传感器。就大量程、高精度位移传感器的亚微米精度加工而言,宏观尺度范围内周期性结构单元一致性制造是保证位移传感器可靠性和高精度测量的关键所在。对上述提出的问题,采用高精度自动拼接曝光技术加工并实现了大量程标尺的图形转移,结合微纳加工方式实现时栅传感器亚微米级精度的制造。通过实验验证所加工出的样机能够达到预期目标,并且测量误差峰值在500 nm以内。     

纳米时栅传感器数字信号处理系统设计

针对大量程纳米级精度测量难的问题,结合时栅传感器的基本原理,提出一种基于交变电场耦合的纳米时栅传感器。利用Nutt内插法对影响时栅精度的关键因素—时间量进行精密测量,降低了系统对插补脉冲频率的要求,提高了测量分辨率。采用SOPC技术设计纳米时栅信号处理系统,保证了系统高性能实时测量。实验结果表明,该系统能稳定正常工作,在行程200mm测量范围内,纳米时栅精度可达到±300nm。     

一种二维微位移平台测量系统的研究

微位移测量已经广泛应用于精密测量领域中,实现微位移测量最关键的环节在于精确的定位和精细的运动.文章设计了一种基于应变方式进行二维微位移(纳米级)测量的系统,详细阐述了该系统主要组成部分:微位移检测传感器、处理电路及相关系统软件.实验结果表明该系统可以满足二维微(纳米级)测量的要求.     

单片机在光栅位移传感器中的应用

1 前言光栅位移传感器是一种高精度位移测量装置,在精密测量和机床工业中得到广泛应用.用光栅进行位移测量时,若以光栅的栅距直接作为计量单位,则要提高光栅的分辨率就必须提高栅线的密度,这将受到多种因素的限制,为此,人们广泛采用的方法是在选择合适的光栅栅距的前提下进行“细分”。本文提出一种利用微处理机采集光强随位移改变时的模拟电压信号,通过 A/D 转换进行细分和辨向的方法。     

基于CDC技术的电容式水平位移传感器

对矿井井壁变形引起的水平位移进行测量,采用基于电容数字转换器(CDC)技术的芯片AD7745进行电容测量,设计了能够对水平位移进行非接触测量的电容式传感器和测量电极的结构,硬件上采用外壳屏蔽等措施提高抗干扰能力,软件上通过对AD7745内部可编程寄存器的合理设置实现高精度测量.实验结果表明:该传感器在量程为±10 mm时,可达到0.1 mm的测量精度.     

Flex土体大位移监测传感器研究

基于Flex技术制备了一种大位移传感器,可用于土体内部大位移的实时监测,研究中的Flex大位移传感器,具有体积小、耐腐蚀、成本低、线性度好、量程大等优点.Flex大位移传感器主要由Flex传感器和铰链弯曲结构组成.通过标定试验可知,在0～60°的测量范围内Flex大位移传感器信号与弯曲角度呈现良好的线性关系,其分辨率可达到0.5°～0.7°.在室内模型箱试验中,对Flex位移传感器与灵敏度较高的FBG(fiber Bragg grating)位移传感器测量结果进行比较,得到的数据结果吻合良好,验证了Flex大位移传感器的可靠性.     

基于预测理论的光栅信号精密细分方法研究

针对光栅传感器在高档数控机床及精密加工领域应用中的高精度细分和快速跟踪的问题,提出一种基于预测理论的光栅位移信号精密细分的新方法。运用时间信息分析和预测空间位置的时空转换思想,根据光栅刻线在空间的均匀性与时间序列的对应关系构建预测细分模型,完成了光栅信号在时间和空间上的预测细分。动态实验表明,采用该模型进行预测细分,最大细分倍数为400倍,预测误差为±3.5″,实现了对光栅信号的高精度细分。     

WD型电涡流传感器

WD型电涡流传感器是一种非接触式位移、振幅、转速等测量传感器。它的分辨率可达0．1μm;量程最小500μm,最大50mm;频率响应0～几kHz;环境适应能力强,基本不受测量环境介质影响,可在水下长期使用;探头体积小、结构简单,便于安装、使用;长期连续工作性能稳定可靠。     

一种实用纳米级位移测量校准器

提出基于新型共光路激光干涉原理的纳米级位移测量校准器，建立了其测量的数学模型，分析了其误差特性。由于采用相移干涉的相位分析技术实现波长小数测量，该测量校准器的精度好于0．5nm，量程达到几个mm；又由于共光路和紧凑的结构设计，因而具有良好的抗干扰特性，能够应用于一般实验环境。     

虚拟仪器在振动台试验位移测量中的应用

基于虚拟仪器技术设计了一种大量程位移测量系统,介绍了该系统的硬件组成和软件设计方法的具体实现。本系统利用拉线式位移传感器,能够精确并直观地测量振动台试验中结构的位移,实验结果表明可以在地震模拟振动台试验中应用。     

宏弯型光纤位移传感器的分析与设计

提出了一种宏弯型光纤位移传感器的优化设计方法,通过分析聚合物光纤的宏弯光损耗特性,结合光纤宏弯物理结构的建模仿真。设计出了线性度好、量程大、结构简单的宏弯型光纤位移传感器。并得到了实验验证、仿真和实验结果表明,该光纤传感器的理论线性度最高可达 0.99997。实验测试线性度可达0.99922,测量量程可达 27mm,可以满足实际应用需。     

基于长周期光栅边缘滤波解调的光纤布喇格光栅位移传感研究

利用长周期光栅的边缘滤波解调技术,我们报道了一种光纤布喇格光栅位移传感方法.系统由一个3dB耦合器、一个传感光纤布喇格光栅、一个长周期光栅和一个探测器构成.实验结果表明,在所测位移范围内,传感系统输出的光功率与位移成良好的线性关系,位移灵敏度为9.24pW/mm,位移分辨率为0.01 mm.该方案结构简单、灵敏度高、线性度好,可应用于实际中的位移测量.     

基于LabVIEW的激光双频外差干涉纳米位移测量系统

工业的发展对位置测量精度提出了越来越高的要求。测量外差干涉仪由于其自身测量范围广、测量速度高、稳定性好、分辨率高的特点,在纳米测量领域中得到广泛的应用。提出了一种基于LabVIEW的外差干涉纳米位移测量系统,该系统采用外差干涉仪作为位置检测单元,利用LabVIEW图形化编程语言开发了纳米精度位移测量系统。该系统可广泛应用于纳米计量和超精密测量领域。     

基于线阵CCD的新型微位移传感器的研究

常用的激光三角法微位移传感器适用于直线位移测量,不适用于微小角位移的动态测量.因此研制了一种新型的基于线阵CCD的微小角位移传感器,采用平行光斜射式激光三角法,由准直透镜、聚焦透镜及光栏等光学器件、高速线阵CCD及由CPLD、信号发生电路和采样保持电路等构成的实时信号处理电路组成,具有结构简单,线性度好,灵敏度高,测量频率高,分辨率高和实时性好等特点;介绍了其结构和工作原理,实验测试其特性,并将其应用于高频电-机械转换器动态特性的测量.研究表明该传感器的最大量程为0.2rad,分辨率为0.0002rad,最高测量频率为10 kHz,可应用于高频电-机械转换器等元件的微小角位移的特性的动态检测.     

用光学扫描器构成的新型 精密位移侧量系统

本文研究由位移传感用的光学扫描器、简单光学系统、栅距很大的粗线纹反射式光栅尺(λ=0.635mm)和信号处理电路等构成的新型精密位移测量系统。对光学扫描器作了简要介绍。阐述了该系统的工作原理、电路框图和动态鉴相细分电路。实验结果表明,本系统测量误差小于±0.01mm,分辨率为lμm。与国内现有位移测量系统相比,新系统具有工作间隙特别大(15mm左右),光栅尺不用密封,耐现场污染,容易在车间推广使用等优点。     

用于微动工作台的光纤位移传感器设计

针对微动工作台定位中遇到的位移检测问题,探讨了一种反射式光纤位移传感器。通过分析光纤耦合原理设计了发射接收光纤探头的结构;选择高亮度LED和高灵敏度硅光电池,提高了传感器的抗干扰能力和增强了信号强度;检测电路实现了对信号的去零、放大,从而提高分辨率,解决了这类传感器的线性范围小所引起的不足。实验结果表明:在0～200μm的量程内分辨率能达到亚微米级。