納米光柵傳感器光電系統(tǒng)研究.pdf

1、計(jì)量科學(xué)技術(shù)的水平集中體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展的水平,納米測(cè)量技術(shù)與儀器是納米科學(xué)和技術(shù)的一個(gè)重要分支,由于多種原因,我國(guó)納米測(cè)量技術(shù)的研究相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家要落后,這直接影響到我國(guó)高新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。針對(duì)我國(guó)國(guó)情,研制大量程、納米級(jí)分辨力的位移測(cè)量系統(tǒng),對(duì)于打破大量程納米級(jí)位移測(cè)量領(lǐng)域由國(guó)外產(chǎn)品壟斷的局面,進(jìn)一步提高我國(guó)機(jī)械加工制造業(yè)的水平,對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及國(guó)防工業(yè)的發(fā)展具有積極而深遠(yuǎn)的意義。因此,尋求一種低成本、高分辨力、大行程、

2、且容易操作的位移傳感器,是非常有研究?jī)r(jià)值的。
　　本文提出的一種新型光柵位移傳感器光學(xué)結(jié)構(gòu),它以透射式光柵尺為主要組成元件,基于干涉原理,采用標(biāo)尺光柵和指示光柵產(chǎn)生的衍射光,經(jīng)過一系列的光學(xué)元器件重組進(jìn)而產(chǎn)生干涉,在接收面上形成兩束二次莫爾條紋,用CCD傳感器將光強(qiáng)轉(zhuǎn)化成電信號(hào),通過信號(hào)處理和邏輯計(jì)數(shù),就構(gòu)成一基本光柵傳感器。與以前光柵傳感器相比,光柵的柵距是此傳感器的主要測(cè)量精度基準(zhǔn),用電子細(xì)分電路和軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行細(xì)分,只要對(duì)莫

3、爾條紋進(jìn)行計(jì)數(shù),達(dá)到納米精度要求的原則下大大提高了測(cè)量行程,同時(shí)也降低了成本和環(huán)境因素對(duì)分辨力的影響。
　　針對(duì)上述新型光學(xué)結(jié)構(gòu),本課題采用光學(xué)軟件LightTools對(duì)光學(xué)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)光路可行性,并獲得一種莫爾條紋光強(qiáng)能量分布。
　　在電子細(xì)分上,采用任意相位差條紋信號(hào)計(jì)數(shù)細(xì)分法,對(duì)兩路信號(hào)的交點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤,根據(jù)信號(hào)采樣點(diǎn)所處的區(qū)段進(jìn)行辨向、計(jì)數(shù)和細(xì)分,可消除兩路信號(hào)偏離正交態(tài)時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)和細(xì)分的影