三维光栅位移测量系统的硬件设计与实现

为了检测机床刀具的三维位移、实时显示刀具的进刀量,提高工件的加工精度,研究并设计了一种基于光栅位移传感器的高精度三维光栅位移测量系统。分析了光栅位移传感器的测量原理,介绍了该系统的硬件设计,设计了光栅位移信号细分辨向电路、主控电路、显示电路及控制电路,制作了系统电路样板,搭建了实验系统并对系统进行了实验。实验结果表明:硬件电路工作正常,系统运行稳定、测量精准,可满足机床高精度测量的生产需求。     

基于单片机与锁相环技术的位移测量系统

针对目前位移测量系统精度普遍不高且灵活性差的特点,通过对光栅莫尔条纹的测量原理以及锁相倍频技术理论的分析,利用单片机的高速智能数据处理平台,构建了高精度的位移测量系统,实现了锁相倍频技术对光栅栅距的高倍细分;重点介绍了系统的整体设计结构与预置细分提高系统工作灵活性的实现原理，通过对微机的编程,可灵活地设置细分数。     

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。     

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.     

基于新型光栅传感器的微位移测量

实验将新型光栅传感器应用于微位移测量之中。通过比较线(角)位移与莫尔条纹移动个数之间的关系,实验发现,在微位移测量中光栅传感器具有极好的线性度(R2≥0.999)和精确度(误差≤2.0%)。实验验证了光栅传感器在微位移测量中可行性和可靠性。     

光栅传感智能位移测量系统

光栅传感智能位移测量系统是集光、机、电、算为一体的新型智能仪器。其原理是利用光栅传感器将欲检测的位移信息量转变为电信号 ,并经前置放大和电路处理后 ,送入 80 31单片机的T0 、T1计数端 ,经运算处理后 ,将被测位移量输出并通过LED显示。详细地介绍了整体电路的设计 ,包括位移信号的检取 ,细分判向及 80 31单片机系统的软、硬件设计     

基于全息光栅的CCD位移传感器

提出了一种新型的基于全息光栅的CCD位移传感器，该系统利用CCD分辨力高、像素均匀等特点，对干涉条纹的移动进行精确定位，而且全息光栅在测量过程中又具有不受光源波长的影响、适用光谱范围宽等特点，实现了位移的自动精确测量。该系统具有一定的实用价值及应用前景。     

热膨胀电极位移法用于机器人点焊过程的研究

本文首次将热膨胀电极位移法用于机器人点焊．采用 高精度、高分辨率的光栅位移传感系统，对机器人点焊电极位移变化规律进行了研究．试验 结果表明，测量数据准确，重复性高，为电极位移法用于机器人点焊质量监控提供了新的途 径．     

线阵CCD回弹仪指针位移测量系统的设计与测量精度分析

介绍了一种线阵CCD回弹仪指针位移测量系统,阐述了其测量原理及系统的构成,给出了系统的测量精度分析。     

四轴非正交位移传感器电路的设计分析

针对压控型八电极静电悬浮支承系统位移测量难的特点,设计了一种四轴非正交位移传感器电路。分析了四轴非正交位移传感器的测量原理,给出了保证转子地电位的方法,分析了位移测量的系统灵敏度,设计出位移传感器电路,并给出一种从支承高电压中分离位移信号的电路。实验证明:该位移传感器可以准确检测出转子的偏移,提高测量精度,达到了设计要求,为八电极静电悬浮系统的测量提供了可靠的保证。     

A digital moiré fringe method for displacement sensors

In this study, a displacement measurement method based on digital moiré fringe is described and experimentally demonstrated. The method is formed by only one grating with a constant pitch. First, the magnified grating image is received by an imaging array and is sent to a computer. Then, the digital moiré fringes are generated by overlaying the grating image with its mirrored one. Finally, a specifically designed algorithm is used to obtain the fringes’ phase difference before and after movement and calculate the displacement. This method has the effects of amplifying displacement and averaging the grating lines error, the same as the traditional moiré technique using two pieces of gratings. At the same time, the proposed system is much easier to assemble and the measurement resolution can be set more flexibly. One displacement measuring system based on this method was built up. Experiment results show that its measurement errors are less than 0.3 μm and less than 0.12 μm at the resolutions of 0.1 μm and 0.03 μm, respectively.     

Micro-measurement using grating microscopy

In this paper, two quantitative methods to measure micro-deformation using grating microscopy are proposed, a grating diffraction method and a full-field grating phase-shift method. A compact optical transmitting microscope with white light source is reconstructed by developing a loading and recording system. For direct strain measurement, a grating diffraction method is presented. With the help of a Bertrand lens, the Fourier spectrum of the grating is formed on the CCD sensor plane with high image quality. Software for precise, fast and automatic determination of the diffraction spot centroids is developed. Local strains are thus measured with high resolution. For the deformation measurement, a phase-shifting grating microscope method with high sensitivity and spatial resolution is proposed. Phase-shifting is based on the slab refraction effect and is realized via a tilting compensator. The system possesses a high spatial resolution (1 μm), and a displacement precision of 0.1–0.03 μm. The combination of the grating diffraction method and the phase-shifting method in the same test provides simultaneous measurement of strain and displacement, thus demonstrating that the grating techniques are viable in the microscope environment.     

基于时空转换法的正弦波光栅尺位移测量系统设计

光栅尺作为高精度位置测量仪器,其分辨率受制于超精密的空间刻划技术,测量精度急需通过电子学细分法来提高.为此,提出了"时空转换"的思想:借助于载波调制理论,引入了恒定的时空当量,将对空间位移的测量转换为对信号瞬时周期的测量.首先,进行了时空转换法的数学推导,探究了正弦波光栅尺位移的测定和移动方向的判别方法;然后,在DSP开发平台下,搭建出基于时空转换法的正弦波光栅尺位移测量系统;最后,从实验数据以及光栅信号的残余直流电平、幅值不均衡、相位不正交等方面进行了误差分析.实验表明:栅距为8 mm的正弦波光栅尺,在时空转换法下,平均测量误差为± 0.258 1μm ,兼顾了细分与辨向.     

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。     

非等齿耦合位移传感器的研究

为了提高位移传感器的测量精度,在最大开槽数一定时获得更多的极对数。对原有时栅位移传感器进行改进,提出了一种新的位移传感器结构,介绍了传感器的工作原理和结构。该传感器在最大开槽数一定的情况下,可以得到较多的极对数和测头数,从而利于提高测量精度。通过实验得出以高精度光栅为基准时传感器的角位移测量误差为±6.5″。     

DDS在光栅传感器位移测量系统调试中的应用

针对光栅位移测量系统调试中直接用光栅传感器产生信号不方便的缺点,在研究光栅传感器输出信号机理的基础上,提出了采用直接数字合成（DDS）技术来模拟光栅传感器输出的两路同频严格正交信号,进行了DDS的原理分析,设计了相关电路,搭建了实验系统,完成了相关实验。实验表明：用DDS技术来模拟光栅传感器的输出信号,频率覆盖范围为0．1Hz-20MHz,频率误差和相位误差小于1％,整个系统电路设计简单,容易实现频率调整,能够满足实际需要。     

基于MEMS三相栅式位移传感器信号调理电路设计

根据基于微机电系统(MEMS)的三相栅式位移传感器测量原理和输出信号特点,设计了一种信号调理电路。该电路主要由差分前置放大电路、带通有源滤波器和波形变换电路组成。波形变换电路设计采用了非线性放大方法来提高信噪比和检测灵敏度。以此信号调理电路搭建的位移测量系统读数稳定性达到1″,表明该电路稳定性达到测量要求。