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绝对编码光栅的相位细分及其在位移测量中的应用 被引量:19
1
作者 赵勇 苏显渝 张启灿 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期135-139,共5页
提出通过光栅条纹相位的精密测量,获取光栅高精度位移信息的方法。具体方法是对光栅图像采用多码道设计,用CCD二维图像传感器获取测量段光栅图像多码道信息。对最低码道图形的周期函数序列进行傅里叶变换、基频滤波和逆傅里叶变换获得... 提出通过光栅条纹相位的精密测量,获取光栅高精度位移信息的方法。具体方法是对光栅图像采用多码道设计,用CCD二维图像传感器获取测量段光栅图像多码道信息。对最低码道图形的周期函数序列进行傅里叶变换、基频滤波和逆傅里叶变换获得光栅截断相位分布,其余码道信息提供相位展开的级次,以此获得测量段光栅的绝对相位分布。用光刻的手段制作了实用的绝对编码光栅,基元码道的尺寸是:27.36μm用于明条纹,27.36μm用于暗条纹,最小基元码道空间周期为54.72μm,光栅长度为14008.32μm。在步长近似3μm的位移测试中,与比对的标准仪器记录值比较,标准偏差为0.2057μm,精度在亚微米量级。重复性实验表明,位置测试的稳定性为0.09μm(标准差),得到600倍以上细分的分辨力。 展开更多
关键词 光学测量 绝对编码 光栅 位移测量 相位细分
原文传递
提高光栅测距精度的四倍频判向电路 被引量:11
2
作者 孙贤颐 安维蓉 +1 位作者 王志晓 任红忠 《北方交通大学学报》 CSCD 北大核心 1996年第6期751-753,757,共4页
光栅是一种精密的位移检测装置,它的输出很容易和计算机接口.本文介绍了一种可提高光栅测距精度。
关键词 光栅 测距 四倍频判向电路 位移检测 精度
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Displacement measuring grating interferometer: a review 被引量:16
3
作者 Peng-cheng HU Di CHANG +3 位作者 Jiu-bin TAN Rui-tao YANG Hong-xing YANG Hai-jin FU 《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》 SCIE EI CSCD 2019年第5期631-654,共24页
A grating interferometer, called the "optical encoder," is a commonly used tool for precise displacement measurements. In contrast to a laser interferometer, a grating interferometer is insensitive to the ai... A grating interferometer, called the "optical encoder," is a commonly used tool for precise displacement measurements. In contrast to a laser interferometer, a grating interferometer is insensitive to the air refractive index and can be easily applied to multi-degree-of-freedom measurements, which has made it an extensively researched and widely used device. Classified based on the measuring principle and optical configuration, a grating interferometer experiences three distinct stages of development: homodyne, heterodyne, and spatially separated heterodyne. Compared with the former two, the spatially separated heterodyne grating interferometer could achieve a better resolution with a feature of eliminating periodic nonlinear errors. Meanwhile, numerous structures of grating interferometers with a high optical fold factor, a large measurement range, good usability, and multidegree-of-freedom measurements have been investigated. The development of incremental displacement measuring grating interferometers achieved in recent years is summarized in detail, and studies on error analysis of a grating interferometer are briefly introduced. 展开更多
关键词 grating INTERFEROMETER Optical ENCODER displacement measurement PRECISION measurement
原文传递
时栅位移传感器研究 被引量:14
4
作者 彭东林 刘小康 +1 位作者 张兴红 陈锡候 《重庆工学院学报》 2006年第5期1-4,共4页
为了解决传统测量技术对精密制造的过分依赖问题,研究者经过多年努力研制成功一种全新原理的位移传感器———时栅传感器.实践表明它具有高精度低成本和智能化等显著优点,目前正在产品化过程之中.
关键词 时栅 传感器 精密测量
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二维光栅位移测量技术综述 被引量:12
5
作者 尹云飞 刘兆武 +6 位作者 吉日嘎兰图 于宏柱 王玮 李晓天 鲍赫 李文昊 郝群 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1224-1238,共15页
超精密位移测量技术不仅是精密机械加工的基础,在以摩尔定律飞速发展的芯片制造行业中也起到决定性的作用。以光栅栅距为测量基准的光栅位移测量系统被广泛应用于多维测量系统,光栅位移测量系统与激光位移测量系统相比,大大降低了对使... 超精密位移测量技术不仅是精密机械加工的基础,在以摩尔定律飞速发展的芯片制造行业中也起到决定性的作用。以光栅栅距为测量基准的光栅位移测量系统被广泛应用于多维测量系统,光栅位移测量系统与激光位移测量系统相比,大大降低了对使用环境的湿度、温度和气压的要求。本文主要介绍了近年来国内外基于二维光栅的位移传感系统光学结构的发展现状,从零差式和外差式光栅干涉测量原理入手,综述了基于单块二维光栅的光学结构到多块二维光栅耦合设计的光学结构发展历程,对比分析了几种二维光栅位移测量系统的优缺点,并展望了二维光栅位移测量系统发展趋势,总结了二维光栅位移测量系统的工程化进程。 展开更多
关键词 二维光栅 光栅干涉技术 精密位移测量
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新型缩微计量光栅传感器开发与应用 被引量:6
6
作者 朱孝立 《传感器世界》 2004年第4期22-24,共3页
缩微计量光栅传感器是一种新型光栅传感器,它具有体积小、成本低、使用简单、稳定可靠的特点,除了用于传统工业测量和控制外,还可以应用在高精度鼠标、计价秤、智能玩具等新产品上。该成果已获国家专利(ZL98118174.0).本文介绍了该传感... 缩微计量光栅传感器是一种新型光栅传感器,它具有体积小、成本低、使用简单、稳定可靠的特点,除了用于传统工业测量和控制外,还可以应用在高精度鼠标、计价秤、智能玩具等新产品上。该成果已获国家专利(ZL98118174.0).本文介绍了该传感器的结构、工作原理、参数指标以及应用方法。 展开更多
关键词 缩微计量 光栅传感器 工作原理 位移检测 莫尔条纹
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基于衍射光栅的二维纳米位移测量技术 被引量:9
7
作者 夏豪杰 费业泰 +1 位作者 范光照 程方 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2007年第4期311-314,共4页
提出了一种基于正交衍射光栅作为测量基准元件的二维激光干涉测量系统.利用正交光栅的空间对称级的衍射光进行干涉,基于多普勒效应,采用偏振检测的方法获得相位相差90°的干涉信号.通过光电检测把获得的正弦和余弦信号进行相位细分... 提出了一种基于正交衍射光栅作为测量基准元件的二维激光干涉测量系统.利用正交光栅的空间对称级的衍射光进行干涉,基于多普勒效应,采用偏振检测的方法获得相位相差90°的干涉信号.通过光电检测把获得的正弦和余弦信号进行相位细分,系统可在平面二维方向上实现纳米级的分辨率.该系统相比其他干涉测量系统,测量结构紧凑,环境因素对其影响较小,可应用于较大行程的平面微位移精密检测. 展开更多
关键词 二维光栅 位移测量 干涉
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高精度控制光电光栅刻划机的光栅外差干涉仪 被引量:9
8
作者 王芳 齐向东 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期474-476,526,共4页
为提高光电式光栅刻划机的控制精度,设计了一种自准直式激光光栅外差干涉仪的新型测量系统。以光栅衍射和偏振光学为理论基础,结合电子学的相关知识对系统进行了理论分析,设计了基准光栅,并进行了大量的实验研究。由实验研究可知,这种... 为提高光电式光栅刻划机的控制精度,设计了一种自准直式激光光栅外差干涉仪的新型测量系统。以光栅衍射和偏振光学为理论基础,结合电子学的相关知识对系统进行了理论分析,设计了基准光栅,并进行了大量的实验研究。由实验研究可知,这种利用光栅的自准直衍射和以光栅栅距作为计量基准的干涉测量系统,具有受环境因素的影响低,结构简单、装调方便等优点;采用双频激光得到的测量信号增益大,信噪比高;该系统用于光栅刻划,得到的栅线间距刻划偏差优于10nm,在3mm行程内累积误差约为0.3μm。结果表明,该系统具有纳米级分辨力,用于实时测量控制系统,测量误差很小,完全达到了中阶梯光栅等特种光栅对刻划机的高精度分度要求。 展开更多
关键词 测量与计量 光栅干涉仪 位移测量 自准直衍射 刻划机 双频激光
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基于虚拟仪器技术的光栅位移测量系统 被引量:6
9
作者 吕海宝 杜列波 楚兴春 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2004年第12期23-25,共3页
介绍了一套基于虚拟仪器技术的光栅位移测量系统 ,阐明了系统的测量原理、硬件组成、软件设计。利用虚拟仪器技术的软件优势 ,把条纹计数细分算法融入数据处理中 。
关键词 虚拟仪器 光栅 位移测量
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精密光栅位移传感器的若干信号处理问题研究 被引量:5
10
作者 陈仁文 袁红卫 《传感技术学报》 CAS CSCD 2002年第4期360-363,共4页
光栅传感器是一类精密传感器 ,在直线位移或角位移的测量中有广泛的应用。但在工业应用中 ,除各种电磁干扰外 ,还有微小机械振动产生的干扰以及温度误差等 ,使测量精度大大下降。本文提出了在后续处理电路和信号处理方法上解决这一问题 ... 光栅传感器是一类精密传感器 ,在直线位移或角位移的测量中有广泛的应用。但在工业应用中 ,除各种电磁干扰外 ,还有微小机械振动产生的干扰以及温度误差等 ,使测量精度大大下降。本文提出了在后续处理电路和信号处理方法上解决这一问题 ,提高传感器精度、分辨率和抗干扰能力的综合方法 ,如分频、温度补偿、定时器飞读和计数脉冲确认机制等。在实际使用中发现 ,应用这些方法的测量系统的稳定性、抗干扰能力和精度等指标都得到提高。 展开更多
关键词 光栅:位移传感器 信号处理 干扰
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光栅位移测量系统的误差自修正方法研究 被引量:7
11
作者 江晓军 黄立华 +1 位作者 黄惠杰 王向朝 《计量学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期309-312,共4页
文中介绍的误差自修正方法是通过光栅位移测量系统中单片机对光栅传感器的多个零位信号进行计数,并根据测量值和系统设定值得到的误差函数自动进行误差修正。实验结果表明,该方法对光栅位移测量系统的误差既可自动进行有效的修正,又可... 文中介绍的误差自修正方法是通过光栅位移测量系统中单片机对光栅传感器的多个零位信号进行计数,并根据测量值和系统设定值得到的误差函数自动进行误差修正。实验结果表明,该方法对光栅位移测量系统的误差既可自动进行有效的修正,又可提高系统的测量精度。 展开更多
关键词 计量学 光栅传感器 位移测量 误差修正
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时栅传感器动态测量误差补偿 被引量:7
12
作者 孙世政 彭东林 +1 位作者 郑方燕 武亮 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1114-1121,共8页
针对动态测量误差特点,提出了对系统误差和随机误差分别进行建模和组合补偿的思想来提高时栅传感器的动态测量精度。对具有周期性变化特征的系统误差采用傅里叶级数逼近的方法进行建模,运用最小二乘求解超定方程组的方法计算出系统误差... 针对动态测量误差特点,提出了对系统误差和随机误差分别进行建模和组合补偿的思想来提高时栅传感器的动态测量精度。对具有周期性变化特征的系统误差采用傅里叶级数逼近的方法进行建模,运用最小二乘求解超定方程组的方法计算出系统误差的补偿参数。对于系统误差补偿后残留的随机误差采用灰色预测GM(1,1)模型进行预测,通过模型残差检验和修正提高预测的准确度。实验结果表明,利用傅里叶级数逼近模型有效地补偿了系统误差,误差由±35″降至±7.8″,通过最小二乘参数寻优得到的补偿参数与传感器实际的误差成分相吻合;灰色预测模型则很好地预测补偿了残留的随机误差,误差由±7.8″降至±3″。得到的结果表明,利用这种对误差分别建模和补偿的方法大幅度地降低了动态测量误差,有效地提高了传感器的测量精度。 展开更多
关键词 时栅传感器 位移测量 动态测量误差 系统误差 随机误差 傅里叶级数逼近 GM(1 1)模型
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用于精密位移测量的微型光栅传感器开发 被引量:7
13
作者 魏正杰 张迪 吴冠豪 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1-11,共11页
基于双光栅干涉扫描原理,通过复用透射光栅实现干涉扫描型光栅位移传感器的小型化开发。开发了适用于精密位移测量的光栅传感器原理样机。传感器的电路系统包括信号转换放大电路模块和置于传感器D-SUB接口外壳内的信号处理电路模块。通... 基于双光栅干涉扫描原理,通过复用透射光栅实现干涉扫描型光栅位移传感器的小型化开发。开发了适用于精密位移测量的光栅传感器原理样机。传感器的电路系统包括信号转换放大电路模块和置于传感器D-SUB接口外壳内的信号处理电路模块。通过15 pin接口输出四路电平为2.5±0.5 V的模拟差分信号,差分信号接口可用于高倍细分而达到高分辨率,具备RS422接口适配能力,可以提高传感器远距离传输的抗干扰能力。以电容传感器为基准,光栅位移传感器原理样机实现了±30 nm的重复性精度,满足10 mm/s的测量速度需求,10 s短时位移稳定性达到5 nm,6 h的长时间稳定性达到70 nm。 展开更多
关键词 编码器 光栅 位移测量 稳定性 高精度仪器
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傅里叶变换投影栅线法测量大物体的变形 被引量:7
14
作者 王俊兰 毕晓鹏 +1 位作者 周鹏 伍小平 《实验力学》 CSCD 北大核心 1998年第3期349-355,共7页
本文利用傅里叶变换投影栅线技术对大物体的离面变形进行了测量,分析了大物体的尺寸给测量过程带来的主要矛盾,讨论了方法的灵敏度和精度,用计算机数值模拟技术给出了大尺寸引起的频率变化所带来的误差。结果表明,傅里叶变换投影栅... 本文利用傅里叶变换投影栅线技术对大物体的离面变形进行了测量,分析了大物体的尺寸给测量过程带来的主要矛盾,讨论了方法的灵敏度和精度,用计算机数值模拟技术给出了大尺寸引起的频率变化所带来的误差。结果表明,傅里叶变换投影栅线技术可以用于大尺寸物体离面变形的精确测量。 展开更多
关键词 傅里叶变换 投影栅线法 大尺寸 物体变形
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空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪 被引量:7
15
作者 邢旭 常笛 +1 位作者 胡鹏程 谭久彬 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1727-1736,共10页
为了实现平面二自由度位移测量,设计并搭建了空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪,并对所设计的光栅干涉仪的光学结构、测量原理、面内旋转安装误差补偿等进行了研究。基于平面光栅衍射特性和空间分离式外差光栅干涉结构设计并搭建了... 为了实现平面二自由度位移测量,设计并搭建了空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪,并对所设计的光栅干涉仪的光学结构、测量原理、面内旋转安装误差补偿等进行了研究。基于平面光栅衍射特性和空间分离式外差光栅干涉结构设计并搭建了具有对称性的测头光路,结合实际光学器件的特点,利用琼斯矩阵分析了二自由度测量原理与显著降低周期非线性误差的特性。通过实验测定了光栅面内旋转安装误差以便于应用旋转矩阵对测量数据进行解耦。随后利用矩形和圆形轨迹分别验证了两测量轴在各自和同时运动的情况下,所设计的平面光栅干涉仪的测量能力。实验结果表明,在解耦补偿0.350°的光栅实际面内旋转安装误差的前提下,该空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪能够实现压电位移台30μm内的位移测量,主要由机械振动等因素引起的误差不超过0.15μm。本研究将空间分离式外差光栅干涉仪的测量维度拓展到了平面二自由度。 展开更多
关键词 光栅干涉 空间分离外差干涉 二自由度 位移测量
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基于虚拟仪器的宏微复合光栅尺测量系统 被引量:6
16
作者 李彦锋 杨志军 +3 位作者 孙晗 张炫山 熊少旺 李乾 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期166-173,共8页
为适应微电子制造装备中精密位移反馈装置的要求,提出并设计了一种新型宏微复合光栅尺测量系统.测量系统采用LabVIEW虚拟仪器系统高速采集图像数据,通过图像处理算法对放大后的光栅栅纹进行边界处理,将其细化为线再转化为像素点,并补偿... 为适应微电子制造装备中精密位移反馈装置的要求,提出并设计了一种新型宏微复合光栅尺测量系统.测量系统采用LabVIEW虚拟仪器系统高速采集图像数据,通过图像处理算法对放大后的光栅栅纹进行边界处理,将其细化为线再转化为像素点,并补偿运动过程中的微量位移来提高精度.实验结果表明:电机速度为1mm/s,行程为100mm内时,该系统产生的位移误差可控制在1.5μm内,分辨率可达0.275μm.与传统光栅尺测量中需对莫尔条纹进行电子细分相比,本测量系统可以有效消除光栅尺破损、污染、倾斜、光源不稳定等干扰给测量带来的影响,同时保持微米级别的测量精度,特别适用于敞开式光栅尺长行程的测量领域. 展开更多
关键词 精密测量 宏微复合 数字图像 光栅尺 莫尔条纹 虚拟仪器 位移测量
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基于光敏阵列直接调制的单栅式时栅位移传感器 被引量:5
17
作者 李彦 付敏 +4 位作者 朱革 高宇 许现波 王林 昌驰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1028-1035,共8页
针对传统叠栅形式光栅存在制造难度大、安装要求高等缺点,提出了一种用时间细分空间的单栅式时栅位移传感器。从光的粒子性出发,分析了用正交变化的光场信号合成光场电行波的方法;用点阵发光二极管(LED)模块作为交变光源,用空间正交的... 针对传统叠栅形式光栅存在制造难度大、安装要求高等缺点,提出了一种用时间细分空间的单栅式时栅位移传感器。从光的粒子性出发,分析了用正交变化的光场信号合成光场电行波的方法;用点阵发光二极管(LED)模块作为交变光源,用空间正交的光敏阵列直接耦合光强信号获取了反应空间位移的电行波信号;最后,通过检测电行波信号与激励信号过零点之间的时间差,实现了对空间直线位移的测量。研制了原理样机,采用普通机械加工方法对其进行了实验验证。结果表明,在440mm测量范围内,样机的测量精度可达±2μm。该单栅式时栅位移传感器减少了叠栅式传感器对安装工艺的要求,提高了抗干扰能力;采用的测量技术避免了传统粗光栅技术存在的精度难以提高、动态特性差等缺点,为光学位移测量提供了一种不通过精密机械细分来提高测量精度的方法。 展开更多
关键词 位移传感器 单栅式传感器 时栅传感器 位移测量 光敏阵列 直接调制
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基于测量基准变换的增量直线式时栅传感器研究 被引量:5
18
作者 陈自然 刘小康 +1 位作者 杨继森 李钢 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期91-96,共6页
针对目前绝对直线场式时栅无法满足全闭环数控系统要求的增量式直线位移反馈的问题,采用测量基准转换方式从时间域的角度处理绝对直线场式时栅的空间位移信息,运用时间序列算法分析绝对式时栅采样数据序列的内在相关性,建立自适应递推... 针对目前绝对直线场式时栅无法满足全闭环数控系统要求的增量式直线位移反馈的问题,采用测量基准转换方式从时间域的角度处理绝对直线场式时栅的空间位移信息,运用时间序列算法分析绝对式时栅采样数据序列的内在相关性,建立自适应递推算法。通过时间触发采样将时栅传感器过去的测量数据作为样本集,递推时栅下一个采样时刻的位移,在下一个采样周期内将直线时栅的绝对位移代表的增量式时间脉冲通过脉宽调制的方式连续发出,实现绝对式直线时栅到增量式直线时栅位移传感器的转换设计。实验表明在76.604 mm的范围内增量式直线时栅位移传感器达到±2μm的测量精度。此研究可将原绝对式直线时栅位移传感器运用于全闭环增量式直线运动数控系统,具有重要现实意义。 展开更多
关键词 增量式 时栅 直线式位移测量 测量基准
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位移精密测量技术的研究 被引量:1
19
作者 邾继贵 吕海宝 漆新民 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第2期43-48,共6页
理论上分析了一种利用全息光栅作为传感器的光电检测方法;从应用角度出发给出了检测光路结构,并进行了详细的误差分析,这种方法具有结构简单,精度高等优点。
关键词 全息光栅 位移测量 误差分析
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变耦型时栅传感器及测头姿态对测量误差的影响 被引量:5
20
作者 鲁进 陈锡侯 +1 位作者 汤其富 武亮 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2271-2282,共12页
根据时栅传感器的测量原理,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准的变耦型时栅位移传感器以提高位移测量的精度。该传感器通过改变激励线圈和感应线圈的耦合状态输出感应位移变化的行波信号来实现精密位移测量。进行了建模和仿真,研究... 根据时栅传感器的测量原理,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准的变耦型时栅位移传感器以提高位移测量的精度。该传感器通过改变激励线圈和感应线圈的耦合状态输出感应位移变化的行波信号来实现精密位移测量。进行了建模和仿真,研究了不同测头姿态下传感器的位移误差特性,并对其进行了谐波分析,得到了不同测头姿态对位移测量误差各次谐波的影响规律。根据传感器模型制作了传感器并开展了验证实验。仿真和实验结果均表明:不同测头姿态对位移测量误差的影响主要体现在对测量误差的1次、2次和4次谐波上,且俯仰姿态引入的附加误差最大,其余测头姿态下引入的位移测量附加误差均较小。若保证较佳的测头姿态,传感器在定尺和动测头间气隙厚度为0.3mm时的原始误差约为±18μm。实验分析结果与仿真结果基本一致。 展开更多
关键词 时栅传感器 位移测量 测头姿态 安装误差 测量精度
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