纳米光栅传感器光电系统研究

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1、纳米光栅传感器光电系统研究ResearchofOpticalandElectricalSystemforNanometerGratingSensor姓名闫如胜学科专业检测技术与自动化装置研究方向传感器与仪器仪表指导教师马修水完成时间2008年5月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文

2、版权使用授权书本学位论文作者完全了解有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日学位论文作者毕业去向：工作单位：电话：通讯地址：邮编：中文摘要纳米光栅传感器光电系统研究摘要计量科学技术的水平集中体现了一个国家科技发展的水平，纳米测量技术与仪器是纳米科学和技术的一个重要分支，由于多种原因，我国纳米测量技术的研究相对于西方发

3、达国家要落后，这直接影响到我国高新技术的进一步发展。针对我国国情，研制大量程、纳米级分辨力的位移测量系统，对于打破大量程纳米级位移测量领域由国外产品垄断的局面，进一步提高我国机械加工制造业的水平，对我国国民经济以及国防工业的发展具有积极而深远的意义。因此，寻求一种低成本、高分辨力、大行程、且容易操作的位移传感器，是非常有研究价值的。本文提出的一种新型光栅位移传感器光学结构，它以透射式光栅尺为主要组成元件，基于干涉原理，采用标尺光栅和指示光栅产生的衍射光，经过一系列的光学元器件重组进而产生干涉，在接收面上形成两束二次莫尔条纹，用CCD传感器将光强转化成电信号，通过信号处理和逻辑计数，就构成一基

4、本光栅传感器。与以前光栅传感器相比，光栅的栅距是此传感器的主要测量精度基准，用电子细分电路和软件对信号进行细分，只要对莫尔条纹进行计数，达到纳米精度要求的原则下大大提高了测量行程，同时也降低了成本和环境因素对分辨力的影响。针对上述新型光学结构，本课题采用光学软件LightTools对光学读数头结构进行了仿真实验，验证了该结构光路可行性，并获得一种莫尔条纹光强能量分布。在电子细分上，采用任意相位差条纹信号计数细分法，对两路信号的交点进行动态跟踪，根据信号采样点所处的区段进行辨向、计数和细分，可消除两路信号偏离正交态时对计数和细分的影响，使条纹的计数、细分准确度更高，具有更强的环境适应性和抗干扰

5、能力。针对光栅信号的特点，设计了一种信号处理硬件系统结构和软件处理方案。关键词：纳米光栅、传感器、二次莫尔条纹、Lighttools仿真I英文摘要ResearchofOpticalandElectricalSystemforNanometerGratingSensorABSTRACTAbstractThemeasuringlevelofscienceandtechnologyembodiesacountry'sleveloftechnologicaldevelopment,nano-measurementtechnologyandequipmentisanimportantbranchinn

6、ano-scienceandtechnology,avarietyofreasons,China'snano-measurementtechnologyforthestudyofwesterndevelopedcountriestobackwardness,adirectimpactonthefurtherdevelopmentofchina'shigh-tech.AgainstChina'snationalconditions,developingoflarge-range,nano-resolutiondisplacementmeasuringsystem,breakingthelarg

7、erangenanometerdisplacementmeasurementproductsfromforeignmonopolysituation,andfurtherenhancingthecountry'smanufacturingsector,thelevelofprocessingmachineryforChina'snationaleconomyanddefenseindustry,havepos