光場(chǎng)式直線時(shí)柵高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量方法研究.pdf

1、精密位移測(cè)量技術(shù)是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)走向高、精、尖的基礎(chǔ)保障。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，自動(dòng)化設(shè)備對(duì)精度要求的提高，精密動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域已占有重要的地位。
　　時(shí)柵是中國(guó)人自主發(fā)明的全新原理的位移傳感器，其中光場(chǎng)式直線時(shí)柵是時(shí)柵的另一個(gè)分支研究方向。目前，光場(chǎng)式直線時(shí)柵在靜態(tài)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，精度為±2μm，速度在0～5mm/s的動(dòng)態(tài)測(cè)量實(shí)驗(yàn)條件下，精度為±8μm，但在速度大于5mm/s的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量精度有明顯的下降，具體表現(xiàn)

2、在測(cè)量的位移量滯后于真實(shí)的位移量，即“時(shí)-空”不同步，并且在不同的測(cè)量速度下，分辨力發(fā)生變化，這兩個(gè)問(wèn)題是動(dòng)態(tài)誤差產(chǎn)生的主要原因。
　　本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“一種交變光場(chǎng)時(shí)空耦合的高速高精度位移傳感器研究”的資助下，針對(duì)傳感器的測(cè)量速度大于5mm/s動(dòng)態(tài)測(cè)量中存在的兩個(gè)問(wèn)題，開(kāi)展了高精度的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法的研究。研究目標(biāo)：研究?jī)煞N提高光場(chǎng)式直線時(shí)柵動(dòng)態(tài)特性的方法，以期在5mm/s以上動(dòng)態(tài)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，傳感器的測(cè)量精度做到±4μm以

3、內(nèi)。
　　首先，提出了提高光場(chǎng)式直線時(shí)柵動(dòng)態(tài)性能的兩種方法—BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法、連續(xù)動(dòng)態(tài)比相法，對(duì)這兩種方法建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合時(shí)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(shè)計(jì)出了兩種方法的硬件電路原理圖和相應(yīng)的 PCB電路板，其中 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法的硬件電路是以FPGA為核心，主要包括激勵(lì)信號(hào)模塊、雙通道A/D采集模塊、行波信號(hào)合成電路、UART通信模塊等。連續(xù)動(dòng)態(tài)比相法的硬件電路設(shè)計(jì)主

4、要包括A/D采集模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、雙向比相電路等，以FPGA作為微處理器對(duì)各模塊作邏輯運(yùn)算。
　　最后，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)以上兩種方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在加速度接近于0mm/s2，速度在9mm/s的近似勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法位移的預(yù)測(cè)誤差峰-峰值為±4μm，連續(xù)動(dòng)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(shí)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法的誤差峰-峰值為±9μm，連續(xù)動(dòng)態(tài)比相法的誤差峰