基于光电信号驻波调制的时栅位移传感器行波形成新方法的研究

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时栅位移传感器,是国内新出现的位移传感器,这种传感器与传统的栅式位移传感器不同,它采用“时空转换思想”,回避了传统栅式位移传感器在栅尺加工上,对高精度的精密机械刻线的依赖,降低了成本及加工难度,有着举足轻重的应用价值,并且由中国人发明,并拥有自主知识产权。因此继续推进时栅位移传感器的研制和发展,有着重要意义和价值。在早期时栅位移传感器的研究基础上,对时栅位移传感器中的关键步骤----形成行波来构建时栅位移传感器的“无限长匀速运动的栅尺”,提出一种新的行波形成方案,希望通过采用光电信号和驻波调制的方法来形成时栅所需要的行波,依据新方案来设计新的时栅位移传感器模型,扩宽时栅位移传感器现有的研究思路,从而推动时栅位移传感器的研制和发展。课题组提出的这种时栅位移传感器行波信号合成新方法,采用光电耦合和驻波调制的方法,包括光源、定栅尺和动栅尺、光电信号探测、信号处理模块等。由正弦和余弦激励驱动光源发出时间上正弦和余弦变化的光强,透过定栅尺和动栅尺后,由光电池探测光信号并将其转化为电信号,并对其进行放大、滤波处理,再配合空间上即定栅尺和动栅尺上透光部分的相对位置,得到两路驻波调制信号,再由两个驻波合成便可得到时栅位移传感器所需的行波信号。  本研究主要内容包括:⑴对时栅位移传感器的测量原理进行了简介,时栅位移传感器使用“时空转换”的思想实现位移的测量,与其他栅式位移传感器相比有着原理上的优势。⑵通过对现有时栅位移传感器的行波模型进行分析,提出了行波形成新方法,驻波和行波在一定条件下可以相互转换,通过光电耦合的方式,提出基于光电信号驻波调制的方法来获得所需的行波信号,对数学模型进行了推导。⑶对实验整体方法进行了设计,在直接透光式模型和反射光式模型中,选择了容易实现的直接透光式模型。⑷根据模型,搭建了实验平台,选用了LED光源中的COB集成光源,栅尺材料选择了对玻璃极板进行光学镀膜的方式,使用L-Edit Pro对栅尺栅面图形进行绘制,对实验所需的实验基座进行了设计与优化,以及相关电路的设计。⑸在实验平台上,对行波形成新方法进行实验。首先进行了驻波验证实验和行波验证实验,验证了行波形成新方法的可行性。为进一步验证该方法获得的行波信号对时栅位移传感器的性能,进行了精度实验和重复性实验。
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