精密PSD微位移在線測量技術(shù)的研究與應用.pdf

1、PSD(位置敏感器件)作為一種光斑位置檢測器件,相比CCD和CMOS器件,具有多種不可比擬的優(yōu)勢,因此,在各種測量領域其都將有很好的應用前景。
　　本文首先對PSD特性和激光三角法進行了理論分析,并結(jié)合幅度調(diào)制解調(diào)原理制定了微位移測量方案;其次,通過對光源、光斑質(zhì)量、被測表面特征和散斑等各種光學特性對測量影響的研究,確定了測量系統(tǒng)光學部分的重要參數(shù);然后,在分析了干擾信號、不對稱性和非線性等各種因素對PSD信號處理影響的基礎上,設

2、計了一款基于調(diào)制解調(diào)技術(shù)的PSD信號單通道處理模塊,并結(jié)合光學部分集成制作了微位移測量系統(tǒng)樣機,同時進行了系統(tǒng)性能實驗驗證和分析。最后,將差動激光三角法和微位移測量系統(tǒng)應用于精密薄板測厚系統(tǒng),并設計了實驗樣機和工業(yè)樣機,取得了良好效果。
　　本文的創(chuàng)新性工作主要包括以下五部分:
　　1、提出了將狹縫(小孔)空間濾波技術(shù)和雙光束補償原理相結(jié)合的光斑整形方法。該方法提高了激光光斑質(zhì)量,大大降低了由于光斑的高頻噪聲和光斑整體偏移造

3、成光斑重心漂移而產(chǎn)生的測量誤差。
　　2、提出了基于PWM&PFM(脈沖寬度調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制)激光調(diào)制的自適應被測表面特征的方法,該方法使系統(tǒng)能夠自適應由于各種被測對象表面狀況的不同引起的像斑強度變化,解決了以往采用數(shù)控電位器調(diào)節(jié)信號強度或通過改變激光器電流調(diào)節(jié)激光強度方法所帶來的不易集成和測量誤差增大等問題。
　　3、提出了基于信號調(diào)制、帶通濾波和峰值檢測技術(shù)的PSD信號單通道處理方法,該方法在沒有濾光片的情況下,有效地

4、消除了背景光、暗電流的影響,同時降低了成本并大大抑制了溫漂的影響。
　　4、結(jié)合PSD輸出特性,針對峰值檢測的非線性和PSD本身的非均勻性畸變,提出了雙重非線性校正的方法,并將分段最小二乘法應用于雙重非線性校正,該方法既保證了系統(tǒng)的測量精度,同時也使系統(tǒng)易于處理,適合采用嵌入式技術(shù)實現(xiàn)。
　　5、提出了將基于變頻調(diào)制、高階帶通濾波、峰值檢測等技術(shù)的PSD信號單通道處理方法和激光三角法相結(jié)合的微位移測量方法,通過該方法設計并制