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高精度FBGE+E位移傳感器設(shè)計(jì)研究
近年來,光纖光柵傳感技術(shù)已經(jīng)成為傳感領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)之一,其理論基礎(chǔ)和實(shí)用技術(shù)得到了快速的發(fā)展。由于光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、抗電磁干擾、防腐蝕、靈敏度高、易于組網(wǎng)等優(yōu)良特性,在諸多工程領(lǐng)域已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。

高精度FBGE+E位移傳感器設(shè)計(jì)研究
E+E位移傳感器是目前電類和機(jī)械類E+E位移傳感器的重要補(bǔ)充,在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,尤其在某些強(qiáng)電磁場、高輻射和強(qiáng)腐蝕性環(huán)鏡中的應(yīng)用。目前已經(jīng)報(bào)道的FBGE+E位移傳感器有很多種,有的已經(jīng)在工業(yè)現(xiàn)場得到應(yīng)用。但是,目前已報(bào)道的FBGE+E位移傳感器,普遍適用于小位移測量,這也是由光纖光柵E+E位移傳感器的一個(gè)瓶頸問題。隨著制造技術(shù)向高精度方向發(fā)展,精密位移測量與校準(zhǔn),精密定位等應(yīng)用需求越來越廣泛,迫切需要大量程、高精度、小型、方便的E+E位移傳感器。為此,研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于雙光柵衍射干涉原理、大量程、高分辨率的精密位移測量系統(tǒng),具有實(shí)用意義。首先研究分析了雙光柵衍射干涉位移測量原理,設(shè)計(jì)制作了基于柔性鉸鏈的雙光柵衍射干涉E+E位移傳感器裝置。研究并設(shè)計(jì)了干涉條紋的信號處理電路,采用陣列光電探測器與低噪聲模擬信號調(diào)理電路將干涉條紋信號轉(zhuǎn)換為正交正弦信號。設(shè)計(jì)了基于遲滯比較器與微分器的防誤計(jì)數(shù)辨向電路,有效解決了正交正弦信號噪聲對計(jì)數(shù)精度的影響問題。同時(shí),設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的計(jì)數(shù)器,結(jié)合軟件單周期細(xì)分,以獲得高分辨率的位移測量結(jié)果。設(shè)計(jì)了基于USB接口的模擬信號采集電路及相關(guān)軟件,實(shí)現(xiàn)了探測器信號在PC端的實(shí)時(shí)顯示。設(shè)計(jì)了數(shù)碼顯示電路,基于RS232接口的數(shù)據(jù)傳輸電路與PC端顯示程序。完成了系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn),分析了影響系統(tǒng)精度與測量范圍的因素,提出了改進(jìn)措施。 實(shí)驗(yàn)證明,該傳感器具有較強(qiáng)的抗干擾能力,在2.4mm的測量范圍內(nèi),可以達(dá)到10nm的分辨率與1μm的測量精度。利用光纖布拉格光柵作為敏感元件,提出并研制了一種大量程、高精度FBGE+E位移傳感器。該傳感器與已有的光纖光柵E+E位移傳感器相比,具有更大量程的優(yōu)點(diǎn),并且結(jié)構(gòu)簡單,設(shè)計(jì)巧妙,既保證了大量程的需要,又滿足了高精度的要求。主要內(nèi)容包括：綜述了光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。主要包括光纖光柵傳感技術(shù)、光纖光柵傳感研究現(xiàn)狀及國內(nèi)外不同結(jié)構(gòu)的光纖光柵E+E位移傳感器的特性。利用耦合模理論對光纖光柵光學(xué)理論進(jìn)行了研究。理論研究了光纖布拉格光柵的基本傳感原理;分析了光纖布拉格光柵一些寫制方法。

高精度FBGE+E位移傳感器設(shè)計(jì)研究
光纖光柵E+E位移傳感器原理理論研究,并且在此理論研究的基礎(chǔ)上,提出懸臂梁和行星輪系相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案,并對其工作原理進(jìn)行了理論研究。zui后,完成了系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn),分析了影響系統(tǒng)精度與測量范圍的因素,提出了改進(jìn)措施。實(shí)驗(yàn)證明,該傳感器具有較強(qiáng)的抗干擾能力,在2.4mm的測量范圍內(nèi),可以達(dá)到10nm的分辨率與1μm的測量精度。對自行研制的E+E位移傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果顯示該傳感器達(dá)到量程為150mm,精度14 pm/mm的指標(biāo)。