毕业论文 - 光栅尺信号处理电路的设计与仿真

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1、编号南京航空航天大学毕业论文题目光栅尺信号处理电路的设计与仿真学生姓名王玉峰学号050410132学院机电学院专业机械工程及自动化班级0504101指导教师王宏涛副教授二〇〇八年六月南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：光栅尺信号处理电路的设计与仿真）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名：年月日（学号）：毕业设计（

2、论文）报告纸光栅尺信号处理电路的设计与仿真摘要300字左右关键词：-30-毕业设计（论文）报告纸Theof……AbstractKeyWords：-30-毕业设计（论文）报告纸目录摘要ⅰAbstractⅱ第一章绪论11.1引言1.2光栅尺测量原理1.3现场可编程门阵列FPGA简介1.4本文的主要工作第二章光栅尺信号处理系统硬件设计2.1系统硬件总体设计2.2系统核心芯片选用及相关介绍2.2.1FPGA芯片EP1C3T144C82.2.2STC89LE52RC型单片机2.3系统配置电路介绍第三章光栅尺信号处理系统软

3、件设计3.1光栅尺信号处理逻辑电路3.1.1逻辑电路实现方案介绍及原理分析3.1.2逻辑电路仿真结果3.2通讯程序设计第四章总结与展望参考文献致谢-30-毕业设计（论文）报告纸第一章绪论1.1引言在今天，信息产业包括了对信息的采集、传输和处理三部分，对应的技术有传感技术、通信技术、计算机技术。现代的计算机技术和通信技术由于超大规模集成电路的飞速发展，不仅对传感器的精度、可靠性、响应速度、获取的信息量要求越来越高，还要求其成本低廉且使用方便。传感器是一种能将物理量、化学量、生物量等转换成电信号的器件。根据测量内容

4、的不同，传感器有不同的形式。传感器输出信号也有不同的形式，如电压、电流、频率、脉冲等，以满足信息传输、处理、记录、显示、控制要求，传感器是自动检测系统和自动控制系统中不可缺少的元件。许多发达国家都在加快对传感器新技术的研究与开发，并且已取得较大的突破。位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，其测量方式所涉及的范围是相当广泛的。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的

5、可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。随着电子技术和单片机技术的发展，光栅传感器正逐步向智能化方向转化。1.2光栅传感器测量原理光栅是在基体（玻璃或金属）上刻有均匀分布条纹的光学元件。用于位移测量的光栅称为计量光栅。计量光栅分为透射式及反射式两种。前者使光线通过光栅后产生明暗条纹，后者反射光线并使之产生明暗条纹。测量直线位移的光栅为直光栅（长光栅），测量角位移的光栅为圆光栅，它们的工作原理相似，实际中直光栅应用较多，下面将着重对

6、其工作原理进行说明。在直光栅中，若a为刻线宽度，b为缝隙宽度，则w＝a+b称为光栅的栅距（也称光栅常-30-毕业设计（论文）报告纸数）。通常a＝b，或a：b＝1.1：0.9。将光源、两块直光栅、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。两块直光栅中的一块作测量基准用，叫做标尺光栅或称主光栅，另一块直光栅称为指示光栅。在计量仪器中，指示光栅一般固定不动，标尺光栅随测量工作台或主轴一起移动或转动。指示光栅和标尺光栅的栅距W相同,标尺光栅的有效长度即为测量范围,必要时,标尺光栅还可接长，光栅刻线的密度决

7、定了测量精度（10、25、50、100、125线/mm）。当两块光栅以微小倾角θ重叠时(两者之间有微小的空隙d,取/λ，λ为有效光波长)，由于挡光效应（当线纹密度≤50条/mm时）或光的衍射作用（当线纹密度≥100条/mm）时，在与光栅线纹大致垂直的方向上（两线纹夹角的等分线上）产生出亮、暗相间的条纹——“莫尔条纹”。两条亮纹（或两条暗纹）间的距离就称为莫尔条纹宽度B，或称莫尔条纹间距。图1.1光栅的结构与莫尔条纹的形成莫尔条纹的重要特征有:（1）莫尔条纹的间距B随光栅刻线夹角θ变化,具有位移放大作用光栅栅距W

8、,倾角θ,莫尔条纹间距B三者满足关系:B=wK,K=1/θ,这样,利用光的干涉现象，通过调整倾角θ,将可以使莫尔条纹具有任意的宽度，起到让光栅栅距移动放大的作用；（2）实现平均误差作用莫尔条纹由大量的刻线共同作用产生，这对光栅刻线的误差起到了平均作用。从而可以得到比光栅刻线精度更高的测量精度；-30-毕业设计（论文）报告纸（3）莫尔条纹的移动与光栅的移动对应成比例当两块光栅相对移动一个