白光干涉轮廓仪工作台的设计及有限元分析

研究开发了一种能实现大量程位移和纳米级定位精度的一维位移工作台。工作台采用了粗、精2级定位机构,以精密衍射光栅传感器组成工作台位移的闭环检测系统。文中对由压电陶瓷驱动和柔性铰链导向的精定位机构进行了力学建模分析,并对其进行了有限元仿真运算。设计的工作台已成功应用于白光干涉轮廓测量仪,文中给出了轮廓仪部分测量结果。     

数显机床的非线性定位误差补偿系统

通过对装有光栅数显装置的机床及测量设备工作台定位误差的检测分析，提出了一种非线性定位误差在线补偿方法，并设计研制了一套具有非线性误差在线补偿的光栅数显系统，利用这套系统对机床工作台进行补偿前后的实测数据显示，可将系统定位精度提高一个数量级。     

光谱法测试计量光栅参数

本文阐述光谱法测试计量光栅参数的方法,借助于测量计量光栅的功率谱强度及其相应量来推算光栅的栅距,振幅透过率分布及光栅开口比等一些光栅元件的重要参数,为研究光栅质量提供了部分依据。     

利用掺铒光纤光栅实现应变测试中的温度补偿

为实现光纤光栅应变传感器使用中的温度补偿,设计并制作了掺铒光纤光栅测试系统,利用光纤光栅解调仪和高速数据采集卡分别测试了掺铒光纤光栅的布拉格波长及荧光寿命.通过测量在不同温度及应变作用下的光纤光栅布拉格波长及掺铒光纤荧光寿命,并对实验数据进行线性及非线性拟合,得到了掺饵光纤光栅的温度及应变响应测试结果.测试结果显示利用掺铒光纤光栅可以实现应变测试中的温度补偿,在不同测量范围内选择不同的拟合算法可以提高测量精确度.     

基于计算机并口光纤光栅解调系统的研究

介绍了计算机并口的工作模式及设置,该系统采用光纤光栅解调器与计算机并口的通讯方式实现数据采集,以Vb为开发平台,实现了对解调系统控制和光纤光栅信号的解调,经过标定使系统实现了对光纤光栅波长的测量,进而实现对温度、应变等参量的测量.系统性能达到:测量宽度10 pm,检测光栅1～5个,分辨率1pm,精度±10 pm,响应时间小于2 s.此系统的成功开发使光纤光栅传感器在工程技术领域具有一定的实用价值,现已经应用在武汉江汉二桥与长江二桥等的结构检测工程中,产生了很好的经济效益.     

曝光量对计量光栅均匀性的影响

根据光栅的透射特性和曝光及显影机理,对曝光量以及计量光栅线条的黑白比和其均匀性之间的内在关系进行了分析,从理论上给出了曝光量对线条黑白比以及线条黑白比和曝光量对计量光栅均匀性的影响,为提高计量光栅的均匀性给出了理论指导.本文给出了保持曝光量均匀的措施,实验证明,改进后刻制出的计量光栅的均匀性误差较小.     

长光栅传感器动态误差检测系统设计

长光栅传感器的静态精度的检测方法较为成熟,而其动态精度的检测尚没有一个有效的解决办法. 针对此问题,研制了一种以高精度光栅尺为基准的长光栅动态误差检测系统. 仪器主要由机械系统、测控系统、软件系统组成,通过在有效行程上与高精度光栅对比获得被测光栅的误差曲线. 仪器采用直线电机驱动,保证了检测速度的要求,同时提高了长光栅传感器的检测效率. 设计基于FPGA的双路光栅信号高速采集卡对光栅信号检测,解决了测量中同步触发问题及高速触发采样数据的处理问题. 结果表明:本系统能够实现对光栅的动态精度的检测,检测效率高,适用于生产现场的大批量快速测量.     

计量光栅盘真空镀铬机理与工艺研究

在计量光栅盘的制作过程中,真空镀铬是影响计量光栅盘精度和成品率的主要工序之一。为了提高计量光栅盘的精度及成品率,对计量光栅盘真空镀铬原理及膜层形成机理进行了分析,给出了影响铬层致密性及牢固度的主要因素与铬层均匀性和蒸发距离之间的关系式,并针对其原因对相关工艺进行了改进,实验证明改进后的工艺对改善铬膜的致密性和牢固度及均匀性起到了一定的作用,使计量光栅盘的成品率提高了10%,同时也为进一步改善后续工艺提供了理论依据。     

基于二次莫尔条纹纳米光栅传感器细分电路设计

基于由两组一次莫尔条纹形成的二次莫尔条纹信号,通过对二次莫尔条纹信号电子细分得到纳米级测量精度的计量光栅传感器,从而提高光栅纳米测量的分辨率和精度。     

基于计算机并口光纤光栅解调系统的研究

介绍了计算机并口的工作模式及设置。该系统采用光纤光栅解调器与计算机并口的通讯方式实现数据采集，以Vb为开发平台，实现了对解调系统控制和光纤光栅信号的解调，经过标定使系统实现了对光纤光栅波长的测量，进而实现对温度、应变等参量的测量．系统性能达到：测量宽度10pm，检测光栅1～5个，分辨率1pm，精度土10pm，响应时间小于2s．此系统的成功开发使光纤光栅传感器在工程技术领域具有一定的实用价值，现已经应用在武汉江汉二桥与长江二桥等的结构检测工程中，产生了很好的经济效益．     

光栅信号单谱线细分算法实现

在基于电荷耦合器件（CCD）的光栅位移测量系统中,为提高光栅莫尔条纹信号的细分数和跟踪速度,根据CCD采集的光栅莫尔条纹信号周期不随运行速度变化的特点,利用离散傅里叶变换（DFT）单谱线算法来获得信号一次谐波的相位值.采用坐标旋转数字计算机（CORDIC）算法对一次谐波谱线的复数求出反正切,获得莫尔条纹信号在任意时刻的相位值,再通过两次相邻时刻的条纹移动相位差值获得位移的大小和方向,全部算法采用FPGA实现.ModelSim仿真结果表明,DFT模块和CORDIC模块共延迟22个时钟周期即可输出结果.此方法具有细分数高、运算速度快、实现简单等特点,为解决光栅精密位移测量中由于莫尔条纹细分数提高而导致跟踪速度下降的问题提供了参考.     

基于玻罗板的光学系统焦距图像检测方法

系统焦距是光学系统中一项重要的技术指标,通常采用光栅二次调焦或摩尔条纹同向法进行测量,其过程繁琐、周期长。本文提出基于玻罗板图像处理技术的焦距测量方法,CCD获取平行光管的玻罗板的分划线图像,采用放大率法结合分划线亚像素的定位技术检测系统焦距,普通算法的精度只能达到像素级,本文采用投影法和二项式曲线拟合相结合的算法,使定位精度达到了亚像素级。试验结果表明该方法具有标校过程简单、快速,标校精度高等优点,其标定误差小于0.5mm。     

一种旋转轴系径向跳动精度的检测装置

为了检测旋转轴系径向跳动的精度,研制了一种旋转轴系径向跳动精度的检测装置。该装置以与主轴同轴安装的主光栅为基准,通过指示光栅与主光栅同轴安装,对径放置两接收系统接收到两光电信号,利用相位计测出两信号的相位差,把旋转轴系的径向跳动量转换为两光电信号的相位差,经过换算,给出旋转轴系的径向跳动精度。分析了影响检测结果的因素,该装置已成功应用在旋转轴系的精度检测中,装置的测量误差不大于0.2μm。检测结果表明该装置具有结构简单,装调方便,测量精度高等特点。     

虚拟多结构光自由飞行昆虫运动参数测量系统

在分析结构光视觉测量原理和虚拟摄像机原理的基础上,针对高扇翅频昆虫的运动遮挡和激光投射器的投射盲区,提出了基于单摄像机和双激光投射器的虚拟多结构光视觉传感器测量系统;针对昆虫特性和虚拟多结构光传感器有效视场范围小的特点,设计了昆虫自由飞行引导和触发装置,实现了高扇翅频昆虫双侧翅膀运动参数的测量,并对实际昆虫运动参数测量结果进行了分析。实验结果表明,该系统不仅降低了系统成本,而且减少了多摄像机同步驱动的复杂性。     

基于光栅扭矩转速传感器动态测试系统设计

为了减少一般测试系统由于很多传动链而带来的测试误差,提出同轴集成传动,同轴光栅扭矩/转速传感器测试系统.不仅能够通过光栅实现高速高精度转速测试,而且利用同轴上两个光栅的信号差动性实现了高精度动态扭矩测试.运用高速数据采集卡PCI-1784进行了四轴信号同步采集,通过LABview软件搭建计算机虚拟仪器测试平台;在提取扭矩信号方面,还提出了软件相关分析鉴相法.     

时栅位移传感器研究

为了解决传统测量技术对精密制造的过分依赖问题,研究者经过多年努力研制成功一种全新原理的位移传感器———时栅传感器.实践表明它具有高精度低成本和智能化等显著优点,目前正在产品化过程之中.     

集成化储能与姿态控制系统中飞轮高精度测速方法

针对集成化储能与姿态控制系统中飞轮速度测量要求范围宽、精度高的特点,从误差分析的角度提出了一种速度测量方法。该方法在低速阶段测量多个完整飞轮转速脉冲信号所用时间,跨越转速分界点进入高速阶段后,测量一定时间内飞轮转速脉冲信号个数。为了验证该测量方法的可行性,文中以Agilent公司生产的高精度信号发生器及信号计数器为基准对该系统进行了速度测量实验,并对实验结果进行了分析。结果表明,该系统具有测速精度高,测量范围宽的优点,完全能够满足集成化飞轮储能与姿态控制系统测速精度的要求。     

基于径向基神经网络的光栅细分方法

为了研究细分精度高、位移跟踪速度快的光栅位移测量系统,提出一种基于径向基神经网络的光栅细分方法.利用三层RBF神经网络,在一个莫尔条纹信号周期内取多个样本点,并把多个样本点所对应的正切值作为网络的输入,将该样本点在一个栅距内的微位移量作为目标输出,建立合理的神经网络模型,与DSP相结合实现莫尔条纹细分.通过对样本点的分段学习,证明了仅用少量的神经元即可实现高精度细分.该神经网络结构简单,非线性逼近能力强,通过对非样本点数据的实验验证,证明了该系统的可行性,具有一定的实用价值.     

双坐标激光位置测量系统的研制

介绍了一套为亚微米级超精密金刚石车床在线测量而研制的双坐标频激光干涉位置测量系统。在此测量系统中以双频激光干涉测量仪作为测长仪器。本测量系统中还包含了数据采集系统、快速数据通讯系统和空气参数误差补偿系统,为提高该激光测量系统的精度还采用了激光的稳频措施,由于该测量系统具有很高的测量精度和较高的测量频响,它完全能满足所研制的亚微米级超微密金刚石在线位置测量的要求。