微型納米位移傳感器干涉信號(hào)處理技術(shù)與系統(tǒng)研究.pdf

1、當(dāng)今超精密加工技術(shù)的迅猛發(fā)展促成納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的誕生，其中的關(guān)鍵技術(shù)是研制具有納米級(jí)分辨率的位移傳感器。本文基于實(shí)驗(yàn)室所研制的微型納米位移傳感器，研究其干涉信號(hào)處理技術(shù)，并發(fā)展了DSP處理機(jī)系統(tǒng)研究信號(hào)計(jì)數(shù)與細(xì)分技術(shù)，最后基于實(shí)驗(yàn)室的納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，在位移傳感器信號(hào)的反饋下，完成機(jī)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制。
　　實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了兩款微型納米位移傳感器，分別是利用Michelson干涉原理的偏振邁克遜干涉儀（PMI，Polarizing Mic

2、helson Interferometer）和利用光柵衍射原理的線性光柵干涉儀（LDGI，Linear Diffraction Grating Interferometer）。對(duì)于偏振邁克遜干涉儀，經(jīng)過一系列的光路變換，從測(cè)量鏡和參考鏡返回的兩束光產(chǎn)生干涉;對(duì)于線性衍射光柵干涉儀，利用多普勒相移原理，光柵衍射的±1級(jí)衍射光產(chǎn)生干涉。兩款干涉儀實(shí)現(xiàn)原理雖有差別，但最終都產(chǎn)生四路干涉信號(hào)，相位分別是0度，90度，180度，270度。微型納米

3、位移傳感器通過光電池感測(cè)干涉光強(qiáng)信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。
　　本文研究微型納米位移傳感器的信號(hào)處理技術(shù)，首先分析傳感器信號(hào)中的誤差成分，提出相應(yīng)的修正方案，在運(yùn)用運(yùn)算放大器和模擬乘法器等器件的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)相應(yīng)電路板，實(shí)現(xiàn)干涉信號(hào)的處理。在DSP微處理機(jī)系統(tǒng)上，將處理后的正交信號(hào)分別送入比較計(jì)數(shù)模塊和ADC模塊，其中比較計(jì)數(shù)模塊中核心器件雙向可逆正交脈沖計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)，ADC模塊實(shí)現(xiàn)相位細(xì)分，最終由DSP計(jì)算系統(tǒng)總位移。編寫了

4、高效位移測(cè)量軟件，在兩個(gè)不同平臺(tái)下，分別測(cè)量?jī)煽罴{米位移傳感器的輸出信號(hào)，與實(shí)驗(yàn)室之前已經(jīng)驗(yàn)證過的PC程序進(jìn)行對(duì)比，殘差小于±4.8nm。最后基于DSP處理機(jī)系統(tǒng)發(fā)展了運(yùn)動(dòng)控制的硬件電路部分，并在分析BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID控制器的基礎(chǔ)上，綜合得出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳播方程、狀態(tài)更新方程和增量式PID控制器方程，并在此基礎(chǔ)上編程實(shí)現(xiàn)機(jī)臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制核心。USB作為上位機(jī)與DSP處理機(jī)系統(tǒng)之間的通訊橋梁，擔(dān)任指令傳遞的作用。最終通過不斷試驗(yàn)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)