光場式直線時柵高精度動態(tài)測量方法研究.pdf

1、精密位移測量技術是一個國家制造業(yè)走向高、精、尖的基礎保障。隨著科學技術的快速發(fā)展，自動化設備對精度要求的提高，精密動態(tài)測量技術在現(xiàn)代科學技術領域已占有重要的地位。
　　時柵是中國人自主發(fā)明的全新原理的位移傳感器，其中光場式直線時柵是時柵的另一個分支研究方向。目前，光場式直線時柵在靜態(tài)的測量實驗中，精度為±2μm，速度在0～5mm/s的動態(tài)測量實驗條件下，精度為±8μm，但在速度大于5mm/s的實驗中，測量精度有明顯的下降，具體表現(xiàn)

2、在測量的位移量滯后于真實的位移量，即“時-空”不同步，并且在不同的測量速度下，分辨力發(fā)生變化，這兩個問題是動態(tài)誤差產生的主要原因。
　　本文在國家自然科學基金項目“一種交變光場時空耦合的高速高精度位移傳感器研究”的資助下，針對傳感器的測量速度大于5mm/s動態(tài)測量中存在的兩個問題，開展了高精度的動態(tài)測量方法的研究。研究目標：研究兩種提高光場式直線時柵動態(tài)特性的方法，以期在5mm/s以上動態(tài)測量實驗中，傳感器的測量精度做到±4μm以

3、內。
　　首先，提出了提高光場式直線時柵動態(tài)性能的兩種方法—BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測算法、連續(xù)動態(tài)比相法，對這兩種方法建立了相應的數(shù)學模型，結合時柵傳感器的工作原理，闡述了兩種方法的原理與可行性分析。
　　其次，設計出了兩種方法的硬件電路原理圖和相應的 PCB電路板，其中 BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測算法的硬件電路是以FPGA為核心，主要包括激勵信號模塊、雙通道A/D采集模塊、行波信號合成電路、UART通信模塊等。連續(xù)動態(tài)比相法的硬件電路設計主

4、要包括A/D采集模塊、D/A轉換模塊、雙向比相電路等，以FPGA作為微處理器對各模塊作邏輯運算。
　　最后，搭建了實驗平臺，對以上兩種方法進行動態(tài)標定和實驗驗證，在加速度接近于0mm/s2，速度在9mm/s的近似勻速運動狀態(tài)下，BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測算法位移的預測誤差峰-峰值為±4μm，連續(xù)動態(tài)比相法的誤差峰-峰值為±3μm。在加速度大小為4mm/s2至5mm/s2時，BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測算法的誤差峰-峰值為±9μm，連續(xù)動態(tài)比相法的誤差峰