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基于激光角度传感器和平面光栅的二维微位移直接解耦测量技术

作　者: 廉孟冬
导　师: 居冰峰
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 二维微位移测量 直接解耦测量 激光角度传感器 平面光栅
分类号: TG806
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 65次
引　用: 1次
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内容摘要


随着现代科学技术的迅速发展,精密测量技术越来越成为各国高技术发展水平的重要标志,所有的发达国家都将精密测量技术作为机械行业首要发展的关键技术。特别是微位移测量技术,正逐渐朝着实时、高精度、大量程和多维位移直接测量的方向发展。目前开发的一维微位移测量系统已经能够达到毫米级量程、纳米级分辨率,但是还存在量程小、测量多维位移时需要多套系统、系统成本高等诸多缺点。随着多维微位移直接测量的需求不断加大,研究低成本、性能良好的高精度、大量程多维微位移直接解耦测量系统就具有十分重要的意义。针对以上问题,本课题开展了基于自行研制的激光角度传感器和平面光栅的二维微位移直接解耦测量系统的相关研究。课题提出了基于激光角度传感器和平面光栅的二维微位移直接解耦测量系统的原理和测量方案,研制了二维微位移直接解耦测量系统原型。论文的主要研究内容如下：第一章回顾了微位移测量技术的国内外研究现状及其发展趋势,介绍了现代科学技术发展对微位移测量技术提出的新要求,分析了存在的问题,在此基础上提出了课题的研究目的、意义和论文的主要研究内容。第二章阐述了二维微位移解耦测量系统的基本原理,分别介绍了激光角度传感器和平面光栅的原理,并提出了基于角度传感器和平面光栅实现大量程、高精度二维微位移直接解耦测量的方法。第三章介绍了二维微位移直接解耦测量系统的构建。主要分析了激光角度传感器系统的设计,平面光栅的运动控制。重点介绍了二维微位移测量系统的硬件调理电路和系统的信号处理与软件测试方案。第四章通过实验测试了系统硬件电路输出信号的稳定性；验证了自行研制的微角度传感器的性能；并对二维微位移直接解耦测量系统进行了性能测定。第五章对全文的研究内容进行了总结,并对进一步的研究工作进行了展望。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 微位移测量技术的研究背景  10-11
  1.2 微位移测量技术的研究现状  11-15
  1.3 二维微位移测量技术的现状与发展趋势  15-16
  1.4 研究目标和意义  16-17
  1.5 论文主要研究内容  17
  1.6 本章小结  17-18
第2章 基于激光角度传感器和平面光栅的二维微位移直接解耦测量原理  18-27
  2.1 引言  18
  2.2 激光角度传感器测量原理  18-21
  2.3 平面光栅原理  21-23
  2.4 基于激光角度传感器和平面光栅的二维微位移解祸测量原理  23-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 基于激光角度传感器和平面光栅的二维微位移直接解耦测量系统  27-54
  3.1 二维微位移直接解耦测量系统构建  27-32
    3.1.1 激光角度传感器系统设计  28-31
    3.1.2 平面光栅运动控制  31-32
  3.2 二维微位移直接解耦测量系统硬件研制  32-44
    3.2.1 四象限光电二极管特性  33-36
    3.2.2 前置放大电路  36-37
    3.2.3 反向放大电路  37-38
    3.2.4 滤波电路  38-42
    3.2.5 抗干扰技术  42-44
  3.3 二维微位移直接解耦测量系统的信号处理与软件设计  44-53
    3.3.1 LabVIEW平台简介  44-46
    3.3.2 基于LabVIEW的测量系统软件实现  46-53
  3.4 本章小结  53-54
第4章 二维微位移直接解耦测量系统实验研究  54-79
  4.1 二维微位移直接解耦测量系统实验平台构建  54-56
  4.2 信号检测电路的稳定性测试  56-61
    4.2.1 激光源的稳定性测试  56-58
    4.2.2 电压源的稳定性测试  58-59
    4.2.3 前置放大电路稳定性测试  59-60
    4.2.4 激光角度传感器输出稳定性测试  60-61
  4.3 微角度测量实验结果及误差分析  61-73
    4.3.1 线性度及灵敏度  64-67
    4.3.2 重复性误差  67
    4.3.3 二维探测能力  67-69
    4.3.4 动态响应能力及分辨率  69-71
    4.3.5 实验误差分析  71-73
  4.4 二维微位移直接解耦测量系统实验  73-78
    4.4.1 二维微位移测量系统探测能力测试  74-76
    4.4.2 二维微位移测量系统二维解耦测量能力测试  76-77
    4.4.3 二维微位移测量系统精度及重复性误差  77-78
  4.5 本章小结  78-79
第5章 总结及展望  79-81
  5.1 总结  79-80
  5.2 展望  80-81
参考文献  81-85
硕士期间发表的论文  85

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 公差与技术测量及机械量仪 > 一般性问题 > 技术测量方法
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