基于光场耦合的时栅位移传感器设计.pdf

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1、2016年第35卷第2期传感器与微系统(TmnsducerandMicrosystemTechnologies)113DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)02-0113-03基于光场耦合的时栅位移传感器设计昌驰，朱革，付敏，姜林言(重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室，重庆400054)摘要：为了实现制造成本低、易加工、高精度的位移测量，设计了一种光场耦合式的时栅位移传感器。介绍了利用基于交变光场的两路驻波合成电行波信号，并通过鉴相的方式实现空间位移转换的测量原理；完成了传感器的结构设计，给出了传感器的

2、系统框图，具体分析了信号处理电路的功能。实验结果表明：光场耦合式的时栅位移传感器在108mm范围内误差为±O．5m。关键词：位移测量；光场耦合；行波合成；时栅传感器；误差曲线中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2016)02--0113-03Designoftime--gratingdisplacementsensorbasedonlightfieldcouplingCHANGChi，ZHUGe，FUMin，JIANGLin-yan(EngineeringResearchCenterofMechanicalTestingTechnologyand

3、Equipment，MinistryofEducation，ChongqingKeyLaboratoryofTime-GratingSensingandAdvancedTestingTechnology，ChongqingUniversityofTechnology．Chongqing400054，China)Abstract：Inordertoachievedisplacementmeasurementoflowcost，easyprocessingandhigh·precision，time—gratingdisplacementsensoroflightfieldcou

4、plingisdesigned．Themeasurementprincipleofdisplacementsensor，whichuseselectricstandingwavesbasedonalternatinglightfieldtosynthesizeelectrictravelingwavesignal，andachievesspatialdisplacementconve~ionbymeansofphasediscrimination，isillustrated；structuraldesignofsensoriscompleted，systemblockdiag

5、ramisgivenandfunctionofsignalprocessingcircuitisspecificallyanalyzed．Experimentalresultsshowthatmeasurementerroroftime—gratingdisplacementsensoroflightfieldcouplingcanreachto±0．5LLmatrangeof108mm．Keywords：displacementmeasurement；lightfieldcoupling；travellingwavesynthesis；time—gratingsensor；

6、errorcturVe0引言针对光栅传感器和激光干涉仪中存在的问题，本文提随着近代工业和科学技术的迅速发展，高精度位移测出了一种光场耦合式的时栅位移传感器。该传感器是在时栅原理基础[8-10]上提出的一种基于交变光场耦合的测量方量在直线伺服电机、数控系统、精密加工以及国防军工等众多领域中得到广泛的应用J，实际工程应用中常以光栅式。其测量原理是“以时间量测量空间量”，即以时间为测量的基准单位，提高了空间位移测量的分辨率与精度；同时传感器和激光干涉仪为主。光栅传感器利用光电扫描原理传感器采用了“栅面”的形式，降低传感器的制造成本和难对栅线检测实现位移测量，其测量精度取决于空间等间

7、距度。栅线的制造精度，制造精度又依赖于精密的光刻技术，而光1传感器的测量原理刻技术却受到了光波波长和光学衍射极限的制约。激如图l所示，①为传感器定尺部分，定尺上等间距的分光干涉仪的测量精度取决于激光波长，且测量误差随测量布着矩形“栅面”，为可透光部分，阴影为遮光部分；②，③行程的增加而增大。其对环境敏感，易受到大气温度、压为传感器动尺上可透光的正弦“栅面”。若正弦“栅面”②力、湿度和大气湍流等因素的影响，不适合长时间的工作应与位移之间的关系为：Y=4sin，(W为“栅面”宽度，为用。收稿日期：2015-