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《华中科技大学》 2011年
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双光栅干涉位移传感器及其电路系统研究

何章宏  
【摘要】:随着制造技术向高精度方向发展,精密位移测量与校准,精密定位等应用需求越来越广泛,迫切需要大量程、高精度、小型、方便的位移传感器。为此,本文研究并实现了一种基于双光栅衍射干涉原理、大量程、高分辨率的精密位移测量系统,具有实用意义。 论文首先研究分析了双光栅衍射干涉位移测量原理,设计制作了基于柔性铰链的双光栅衍射干涉位移传感器装置。 其次,研究并设计了干涉条纹的信号处理电路,采用阵列光电探测器与低噪声模拟信号调理电路将干涉条纹信号转换为正交正弦信号。 第三,设计了基于迟滞比较器与微分器的防误计数辨向电路,有效解决了正交正弦信号噪声对计数精度的影响问题。同时,设计了基于单片机的计数器,结合软件单周期细分,以获得高分辨率的位移测量结果。 第四,设计了基于USB接口的模拟信号采集电路及相关软件,实现了探测器信号在PC端的实时显示。设计了数码显示电路,基于RS232接口的数据传输电路与PC端显示程序。 最后,完成了系统测试实验,分析了影响系统精度与测量范围的因素,提出了改进措施。 实验证明,该传感器具有较强的抗干扰能力,在2.4mm的测量范围内,可以达到10nm的分辨率与1μm的测量精度。
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