精密PSD微位移在線測(cè)量技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、PSD(位置敏感器件)作為一種光斑位置檢測(cè)器件,相比CCD和CMOS器件,具有多種不可比擬的優(yōu)勢(shì),因此,在各種測(cè)量領(lǐng)域其都將有很好的應(yīng)用前景。
　　本文首先對(duì)PSD特性和激光三角法進(jìn)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(cè)量方案;其次,通過(guò)對(duì)光源、光斑質(zhì)量、被測(cè)表面特征和散斑等各種光學(xué)特性對(duì)測(cè)量影響的研究,確定了測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)部分的重要參數(shù);然后,在分析了干擾信號(hào)、不對(duì)稱性和非線性等各種因素對(duì)PSD信號(hào)處理影響的基礎(chǔ)上,設(shè)

2、計(jì)了一款基于調(diào)制解調(diào)技術(shù)的PSD信號(hào)單通道處理模塊,并結(jié)合光學(xué)部分集成制作了微位移測(cè)量系統(tǒng)樣機(jī),同時(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析。最后,將差動(dòng)激光三角法和微位移測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用于精密薄板測(cè)厚系統(tǒng),并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)和工業(yè)樣機(jī),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(bǔ)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(cè)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(yīng)被測(cè)表面特征的方法,該方法使系統(tǒng)能夠自適應(yīng)由于各種被測(cè)對(duì)象表面狀況的不同引起的像斑強(qiáng)度變化,解決了以往采用數(shù)控電位器調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度或通過(guò)改變激光器電流調(diào)節(jié)激光強(qiáng)度方法所帶來(lái)的不易集成和測(cè)量誤差增大等問(wèn)題。
　　3、提出了基于信號(hào)調(diào)制、帶通濾波和峰值檢測(cè)技術(shù)的PSD信號(hào)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(shí)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(duì)峰值檢測(cè)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(yīng)用于雙重非線性校正,該方法既保證了系統(tǒng)的測(cè)量精度,同時(shí)也使系統(tǒng)易于處理,適合采用嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
　　5、提出了將基于變頻調(diào)制、高階帶通濾波、峰值檢測(cè)等技術(shù)的PSD信號(hào)單通道處理方法和激光三角法相結(jié)合的微位移測(cè)量方法,通過(guò)該方法設(shè)計(jì)并制