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内径测量微型精密光学测头及其信号处理研究

作　者: 林力
导　师: 邾继贵
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 微型测头激光三角法 PSD 运算放大器微弱信号
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着汽车工业的发展,现有的汽车发动机箱体轴孔内径测量技术难以满足日益增长的测量要求。在现代测量中,光电检测技术由于其优越性得到了广泛的应用。本文分析了国内外的光电微位移检测技术发作状况,自行设计了微型精密光学测头,采用光电检测技术实现对小型轴孔的内径测量。本文根据测量要求设计了一个机械测棒,机械测棒均布四个单独的光学测头,相邻两个测头位置相互垂直,相对两个测头位置在同一直线上。四个单独测头分别测单个径向位移,相对的两个测头就测得直径,四个测头可测得两组直径数据,多次测量后,作平均处理。单独测头应用激光三角法原理,使用PSD作为位移传感器,测量时,安装在测头上的光纤准直器准直发射出一束激光,激光打到被测物表面上发生漫发射,安装在测头上的接收物镜会聚部分漫反射光并将这部分光传至PSD感光面,PSD根据入射光重心位置产生两路电流信号,通过测量这两路电流信号就可以通过计算得到被测物的位移量。本文研究的具体内容有:1.分析了国内外光电检测技术的发展状况,阐述了本文采用的测量原理即激光三角法的原理及应用该原理测量时遵循Scheimpflug条件的必要性。2.比较光学位移传感器CCD和PSD的优缺点,选择PSD作为本文的光学位移传感器,研究了PSD传感器的使用特性,及这些特性对整个测头测量系统的影响,根据PSD特性选择光源。3.根据测量要求,对测头的机械结构和光学结构进行了设计,设计的机械结构紧凑、精密,有着严格的几何要求和尺寸配合关系。4.根据测头机械结构进行传感器的处理电路板的设计,设计信号处理电路,实现传感器信号的提取、I/V转换、放大、A/D转换、存储、传输等功能。5.设计标定实验方法,标定单独测头和测棒;进行总体误差分析,提出减小误差方法。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 引言  8
  1.2 光电微位移检测发展与现状  8-10
  1.3 本文的主要工作与意义  10-12
第二章光学测头测量原理  12-23
  2.1 测量原理  12-15
  2.2 测头设计原理  15-16
  2.3 微型机械结构  16-20
    2.3.1 测棒机械结构  17
    2.3.2 测头机械结构  17-18
    2.3.3 PSD 传感器结构  18-20
    2.3.4 光学结构固定  20
  2.4 测量误差分析  20-23
第三章 PSD 特性及其误差影响  23-36
  3.1 光电位移传感器的选择比较  23-24
  3.2 PSD 工作原理  24-25
  3.3 PSD 主要光电性能特性  25-30
  3.4 PSD 器件型号选择  30
  3.5 PSD 工作条件及其使用性能影响  30-31
  3.6 光源选择  31-36
第四章系统硬件分析与设计  36-56
  4.1 信号处理电路  36-43
    4.1.1 前置放大电路  36-38
    4.1.2 次级放大电路  38-40
    4.1.3 元件参数标定  40-42
    4.1.4 背景光暗电流干扰消除  42-43
  4.2 A/D 转换电路  43-48
    4.2.1 A/D 转换芯片选择  43-45
    4.2.2 A/D 模块电路  45-46
    4.2.3 A/D 误差分析  46-47
    4.2.4 A/D 模块软件  47-48
  4.3 单片机系统电路  48-49
    4.3.1 开发环境和编译器  48-49
    4.3.2 单片机电路  49
  4.4 通信电路设计  49-56
    4.4.1 RS232 串行通信  49-51
    4.4.2 串行通信电路设计  51-53
    4.4.3 串行通信软件设计  53-56
第五章实验及误差分析  56-60
  5.1 实验设计  56-57
  5.2 误差分析  57-60
    5.2.1 电路误差  57
    5.2.2 测头结构误差  57-60
第六章全文总结与工作展望  60-62
  6.1 全文总结  60
  6.2 工作展望  60-62
参考文献  62-65
发表论文和参加科研情况说明  65-66
致谢  66

内径测量微型精密光学测头及其信号处理研究

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