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光场式直线时栅的自适应动态比相测量方法研究

高宇  
【摘要】:位移测量的精度水平是衡量现代工业领域先进程度的重要指标之一,位移传感器是位移测量的关键部件,位移传感器的精度直接决定位移测量的精度。目前,在精密位移测量领域,栅线刻划式的位移传感器被广泛应用,但存在测量精度与速度相互制约的问题。国外高精度传感器的研究制造技术远超我国,我国大多使用的高精度传感器都依赖进口,但仍供不应求。为赶超国外先进水平,只能寻求新思路。时栅是由我国自主开发研制的位移传感器,其本质上是一种等时间采样的静态位移测量传感器,因此,时栅在动态测量中普遍存在分辨率随被测物体运动速度变化的问题。时栅产品中,光场式时栅在抗电磁干扰和频率响应方面具有突出优势,针对上述问题,本课题基于光场式直线时栅设计了一种自适应动态比相位移测量方法。该方法可在不改变激励频率的条件下,利用自适应控制实现测量速度与时栅单位时间内比相次数的自动匹配调节,进而保证在原有精度基础上,实现不同速度下的等分辨率位移测量。本文已取得的创新成果有以下几点:(1)在光场式直线时栅测量原理基础上,分析其动态测量中分辨率随速度变化的问题,提出自适应动态比相测量方法。(2)分析自适应控制算法,结合光场式直线时栅位移测量方法,推导自适应动态比相测量原理,并完成测量系统的设计与实现。(3)搭建实验平台,进行实验研究,通过实验数据对比分析,验证自适应动态比相测量方法的可行性。实验研究表明:自适应动态比相测量方法在量程180mm,速度0~60mm/s的范围内,实现了精度优于±0.5μm的等空间位置反馈测量,同时保证了分辨率不变,为光场式直线时栅在不同速度下的测量分辨率变化问题提供了有效的解决方案。


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