光场式时栅传感器信号产生与采集的硬件系统设计

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1、分类号：密级：论文编号：学号：51307260114重庆理工大学硕士学位论文光场式时栅传感器信号产生与采集的硬件系统设计研究生:昌驰指导教师：朱革教授学位类型：专业学位专业学位类别：工程硕士（仪器仪表工程）研究方向：智能检测与传感器技术培养单位：电子信息与自动化学院论文完成时间：2016年3月25日论文答辩日期：2016年5月27日CategoryNumber:LevelofSecrecy:SerialNumber:StudentNumber:51307260114Master'sDissertationofChongqingUniversityofTechnolog

2、yTheHardwareSystemDesignofSignalGenerationandAcquisitionofOpticalFieldTypeTimeGratingSensorPostgraduate:ChangChiSupervisor:Prof.ZhuGeDegreeCategory：ProfessionalDegreeSpecialty:MasterofEngineering(InstrumentandMeter)ResearchDirection:IntelligenttestandsensortechnologyTrainingUnit:Schoolo

3、fElectronicInformationandAutomationThesisDeadline:March25,2016OralDefenseDate:May27,2016学位论文原创性声明本人郑重声明：，独立进行研究所取得的成果所呈交的学位论文是本人在导师的指导下。除文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本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。对本文的研究做出重要页献的集体和个人。，均已在文中Ｗ明确方式椅明本人承担本声明的法律后果。？作者签名：巳Ｉ日期；７Ｃ／哗日、缘新占月７学位论文使用授权声明、本学位论文作者完全了解学校

4、有关保留使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送义论文的复印件和电子版，允许论文被査阅和借阅。本人授权重庆理工大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。＂＂本学位论文属于（请在Ｗ下相应方框内打Ｖ）；１．保密□，在？年解密后适用本授权书。２．不保密口。真＇＾作者签名：《ｉｄ曰其月年月７曰ｊ摘要摘要精密位移测量仪器可分为非光学和光学两大类。光学位移传感器凭借着非接触测量、材料适应范围广和宽动态范围等特点，在精密测量领域中得到了广泛地运用。然而，传

5、统光学位移传感器的制造设备极其昂贵，且其相关技术对我国封锁。针对此种情况，课题组所在的实验室研制出了一种以时间脉冲为测量基准的位移传感器，并命名为时栅传感器。但是，现有的磁场式时栅也存在着抗电磁干扰能力差和制造精度不高等问题。基于上述情况，课题组创新性地将光学测量技术和时栅传感器结合起来，设计了一种交变光场时空耦合和光刻技术相结合的新型时栅位移传感器───光场式时栅，通过借助光场耦合信号抗电磁干扰能力更强、光刻技术制造精度更高的优势提高位移传感器的测量精度。本课题在国家自然科学基金的资助下展开了关于光场式时栅传感器的相关理论研究，以及光场式时栅信号产生与采集的硬件系统

6、设计工作。主要研究内容如下：1）深入研究光场式时栅的测量原理，建立了光场式时栅的数学模型，从理论上分析了不同参数的变化所体现出的误差规律，并利用Matlab对其进行仿真验证。2）根据时栅传感器的时空转换原理，利用两路幅值频率一致、相位相差90度的正弦信号驱动光源，获得的两路时间上正交的交变光场通过空间正交的“栅面”结构后，将形成时空耦合的光场驻波信号，再将驻波信号通过硬件电路合成一路电行波信号，从而实现“时间量测量空间量”。3）搭建了实验平台，给出了各个阶段传感器信号的波形且进行了分析，验证了光场式时栅信号产生与采集系统的设计方案是切实可行的，最后，对传感器的性能进行

7、了测试。通过完成对光场式时栅交变光场信号产生与采集的硬件系统设计，初步实现了传感器较高精度的位移测量，最终，在30mm的测量范围内，传感器的测量精度可达4.2μm，测量分辨率为0.1125μm，为后续进行高速高精度光场式时栅位移传感器的研究打下坚实的基础。关键词：位移测量，时栅，交变光场，Matlab仿真，硬件设计IAbstractAbstractPrecisiondisplacementmeasuringinstrumentscanbedividedintotwocategories:nonopticsandoptics.Opticaldispl