一种新型光栅位移传感器的研究

【摘要】光栅位移传感器具有精度高、稳定性好、响应速度快、抗干扰能力强等优点，广泛用于测量仪、数控机床等高精度位置测量领域。目前，精密光栅线位移测量系统普遍采用增量式光栅，将直线位移物理量转换为莫尔条纹光信号，由光电器件接收后转换为电信号，然后送至信号处理电路，通过处理后，输出相对位移量。国内的直线光栅尺多数是增量式光栅尺，这种光栅尺在开启或复位时需要“寻零”，而且存在累积误差现象，影响工件加工或测量的精度。而绝对式光栅尺输出的是绝对位置信息，可以有效解决增量式光栅尺存在的问题。首先，对光栅测量系统进行分析，了解其工作原理。莫尔条纹是光栅测量的理论基础，通过了解莫尔条纹的产生机理、特点以及质量指标等，有利于提高光栅尺的精度、分辨率。此外，还对莫尔条纹辩向方法进行了深入研究。其次，对目前光栅位移传感器和编码器的编码方式进行理论分析、研究，提出高分辨率、大量程，有利于光栅位移传感器小型化、结构简单化的相对编码和绝对编码一体化的新型编码方式。包括一种距离码编码方法和一种基于伪随机码的绝对式编码方法。讲述其编码和译码方法，并举例论证这两种编码方法的位置唯一性和先进性。再次，设计增量信号处理系统和绝对信号采集系统。绝对信号采用一种高灵敏度、低暗电流的TCD1254GFG型线阵CCD作为接收器件；增量信号采用一种集差分放大、滤波、校正、整形、细分等功能于一体的专用DSP器件进行信号处理。最后，推导出绝对编码的MATLAB数学模型，得到10位伪随机码，并进行仿真，验证其正确性。将光栅尺样机在对比试验平台上进行精确度测试，根据实验数据分析造成光栅尺测量误差的原因。
【作者】郭涛；
【导师】刘向阳；
【作者基本信息】吉林大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】光栅尺；莫尔条纹；绝对式编码；信号处理；分辨率；

【参考文献】
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