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信号调制方法在角度传感器中的应用研究

作　者: 赵恒
导　师: 刘庆纲
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 二维小角度测量光学内反射光强调制 MSP430
分类号: TH712
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 64次
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内容摘要

角度测量是几何量计量技术的重要组成部分,在现代企业的质量保证体系中具有非常重要的地位。随着精密加工和超高速加工的发展,高精度、高分辨率小角度测量方法的研究成为此领域研究的一项重要内容。现阶段小角度测量的准确度和精度都达到了很高的水平,但是,传统的小角度测量仪器如激光干涉仪,光电自准直仪等,由于具有体积大、造价昂贵、对测量环境要求高、较难组成多维测角系统等特点而很难应用于工业高精度在线测量。为了解决上述问题,本课题设计并试制了一种基于内反射效应的二维角度传感器,采用激光发射信号调制方法,以提高系统的抗干扰能力,实现二维角度的高精度实时测量,为下一步设计组建小型化多自由度位移检测系统,实现对精密加工机床或坐标测量机的运动姿态及误差的测量奠定基础。本论文的主要工作包括以下几个方面:1、论述了本文研究的目的和意义,查阅了大量国内外有关技术资料,综合评述了微小角度测量技术的现状和发展趋势。2、从理论上分析了基于光调制角度传感器测角法的原理。3、制作了一种光强调制式半导体激光器,包括正弦波发生电路和稳功率调制驱动电路。4、设计制作了光电转换、放大、解调和滤波电路,基于单片机的AD转换和数据处理电路以及LED显示电路,使用MSP430单片机进行数据处理,提高系统的响应速度。对各部分电路进行了详细论述并进行了实验。5、提出该传感器的评价方法,对影响检测准确度的误差因素进行了分析。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 本课题的提出背景及研究意义  9
  1.2 角度测量技术在国内外的发展概况  9-11
  1.3 几种常见的光学精密测角仪  11-14
    1.3.1 激光干涉仪  11-12
    1.3.2 光电自准直仪  12-14
  1.4 本文采用方法及主要工作内容  14-16
第二章光学内反射法测角原理  16-30
  2.1 测量原理  16-21
  2.2 内反射次数及灵敏度分析  21-29
    2.2.1 单次内反射的情况  21-22
    2.2.2 多次内反射的情况  22-26
    2.2.3 内反射次数与测量灵敏度的关系  26-29
  2.3 光学内反射测角法的特点  29
  2.4 本章小结  29-30
第三章光路设计  30-37
  3.1 角度传感器的光路设计  30-33
    3.1.1 一维角度传感器的光路设计  30-31
    3.1.2 二维角度传感器的光路设计  31-33
  3.2 光源的选择及调制  33-36
    3.2.1 角度传感器的光源选择  33
    3.2.2 调制解调的作用及类型  33-34
    3.2.3 LD 调制方法选择  34-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章电路设计  37-58
  4.1 正弦波光强调制设计  37-44
    4.1.1 正弦波发生电路  37-40
    4.1.2 LD 稳功率驱动电路  40-42
    4.1.3 启动缓冲电路  42-44
  4.2 微信号处理电路设计  44-50
    4.2.1 I/V 转换电路  44-45
    4.2.2 放大电路  45-46
    4.2.3 相敏解调电路  46-49
    4.2.4 低通滤波电路  49-50
  4.3 数据处理电路设计  50-54
    4.3.1 A/D 转换电路  50-52
    4.3.2 MSP430 控制运算电路  52-54
  4.4 LED 显示电路  54-56
  4.5 处理电路性能评价  56-57
    4.5.1 系统转换时间  56
    4.5.2 系统转换精度  56-57
  4.6 本章小结  57-58
第五章系统调试及实验结果  58-69
  5.1 角度传感器校正实验  58-61
    5.1.1 角度传感器的固定与准直  59
    5.1.2 校正方案设计  59-61
  5.2 电路实验  61-67
    5.2.1 载波信号幅值稳定性实验  61-63
    5.2.2 相敏解调及低通滤波实验  63-64
    5.2.3 A/D 转换及MSP430 运算处理实验  64-67
  5.3 误差分析  67-68
    5.3.1 I/V 变换电路误差分析  67
    5.3.2 放大电路误差分析  67
    5.3.3 相敏解调电路误差分析  67-68
    5.3.4 数据采集处理电路误差分析  68
  5.4 本章小结  68-69
第六章全文总结与展望  69-71
参考文献  71-73
发表论文和科研情况说明  73-74
致谢  74

信号调制方法在角度传感器中的应用研究

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