纳米时栅位移传感器的信号处理技术研究

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1、分类号：密级：论文编号：学号：51307200104重庆理工大学硕士学位论文纳米时栅位移传感器的信号处理技术研究研究生：黄沛指导教师：刘小康教授学位类型：学术学位学科专业：测试计量技术及仪器研究方向：现代传感技术培养单位：电子信息与自动化学院论文完成时间：2016年3月20日论文答辩日期：2016年5月26日CategoryNumber：LevelofSecrecy：SerialNumber：StudentNumber：51307200104Master'sDissertationofChongqingUniversityofTechnologySig

2、nalProcessingTechnologyforNanometerTimeGratingDisplacementSensorPostgraduate:HuangPeiSupervisor：Prof.LiuXiaokangDegreeCategory：AcademicDegreeSpecialty:Test&MeasurementTechnologyandInstrumentationResearchDirection:ModernSersonTechnologyTrainingUnit:SchoolofElectronicInformationan

3、dAutomationThesisDeadline:March20,2016OralDefenseDate:May26,2016重庆理工大学学位论文原创性声明，独立进斤研究所取得的成果本人邦重声明：所皇巧的学位论文是本人在导师的指导下。除义中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集化已经发表或撰写的成己在文中＾巧。果，均＾＾确方式标明、作品。对本文的研巧做出重要贡献的集体和个人本人承姐本卢明的法律后果。作者签名：曰期：从年６月ＪＨ＾学位论文使用授权声明本学位论文作者完全了解学校有关保留，同意学校保留并向国

4、家、使用学位论文的规定。有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权重庆理工大ＪｌＵ采用影印、缩印或巧学巧ｔ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Ｉ描等复制手段保存和汇编本学位论文。＂本学位论文属于（请在下相应方框内巧１．保密□，在年解密后适用本授权书。２．不保密Ｑ。作者签名：累曰胤冰年名月３曰评导师盤名：己日期：與／知６月＾日分巧摘要精密位移测量技术是高档数控机床和装备制造的基础，直接关系到相关国家重大专项的顺利进行和国家重大工程的向前推进，其水平高低是衡量一个国家制造业

5、现代化程度的重要标志。近十年来，精密位移测量技术得到了长足的发展，已全面进入纳米时代。国内外有关大量程纳米位移传感器研究的重点是光栅测量方法，但是精密光刻和高倍稳定的细分是纳米光栅测量的两大技术难点，难以突破。基于此，在前期时栅研究的基础上，提出一种基于交变电场的纳米时栅位移传感器。在纳米时栅研究过程中，发现对测量系统的信号特征与系统结构认识不足，制约了测量精度的提高，主要表现在运动参考系匀速性、信号耦合通道和信噪比三方面。针对上述三方面的问题，本文立足于信号与系统的整体性，通过寻找误差源头并从根源上减小误差，开展了纳米时栅信号处理技术研究，主要的研究

6、内容如下：首先，在深入研究纳米时栅的基本结构和传感原理的基础上，对信号传输回路进行了系统分析，根据分析结果建立了信号传输模型，重点对系统电路模型进行研究，找到了具体误差来源是分布参数大、器件参数一致性差和信号传输效率低；然后，针对误差来源，提出了跟随器隔离技术、闭环控制技术和多路比较技术，并融入到系统中，对纳米时栅信号处理系统进行优化，完成了系统研制；最后，开展了从电路级到系统级再到应用级的大量实验，实验结果表明，在不损失响应速度等性能的前提下，新的纳米时栅信号处理技术将系统误差减小了37.5%，将随机误差减小了66.7%，纳米时栅最终位移测量精度达到

7、±200nm，分辨率达到1nm，并且在工业环境下表现出优越的综合性能。纳米时栅信号处理技术研究主要围绕信号建模和系统分析展开，理论研究与实践检验相结合，通过对纳米时栅信号处理技术研究，加深了对时栅信号特征与系统结构的认识，提高了纳米时栅测量精度，推动了时栅产业化进程。关键词：纳米测量；时栅；信号处理；系统建模；误差分析IAbstractPrecisiondisplacementmeasurementtechnologyasthebaseofhigh-gradeCNCmachinetoolsandequipmentmanufacturing,isdire

8、ctlyrelatedtotherelevantnationalmajorprojects.I