新型大量程X-Y-θ三自由度栅式电容位移传感器设计

提出实现大量程X-Y-θ三自由度位移测量的栅式电容位移传感器设计并分析其测量特性。考虑偏航角误差影响,建立典型直线型栅式电容位移传感器偏航角误差模型,分析偏航角误差对线性位移测量精度的影响。并依此提出X-Y-θ三自由度位移测量新方法,通过和差化积解耦算法分离偏航角误差对X-Y线性位移测量的影响,同时输出偏航角位移量。实验结果表明,所设计的传感器偏航角位移θ为0.2°,0.4°,0.8°和2.0°时,X-Y线性位移信号的非线性度维持在0.24%-0.62%之间,拟合输出偏航角位移信号的最大误差量不超过0.01°。三自由度位移量解耦效果明显,测量稳定性得到显著改善。

基于PSD的六自由度位移测量解耦方法研究

基于位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)的六自由度(6 Degree of Freedom,6DOF)位移测量对紧凑空间内精密位移台初始位置和姿态的精密测量具有重要作用。精密位移台位移与PSD上光斑位移之间非线性关系的解耦是实现精密位移台亚微米及微弧度位移测量精度的关键。根据PSD与6DOF精密位移台上角锥棱镜之间的位置关系,构建了6DOF位移测量方案,建立了6DOF位移台位移与PSD上光斑位移之间的精确对应关系模型,采用数值计算法对该模型进行解耦求解,并与小角度近似法进行了对比分析。结果表明,当6DOF位移台单自由度位移范围为±10 mm和±10 mrad时,数值计算法引入的解算误差最大值为10^(-17)mm和10^(-15)~10^(-16)mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差最大值为5.39μm和35.5μrad;在此基础上,采用蒙特卡洛法以随机均匀分布方式产生10000组六自由度位移进行分析,表明数值计算法引入的解算误差平均值为10^(-17)mm和10^(-17)mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差平均值为10^(-3)~10^(-6)mm和10^(-5)mrad量级,其中z方向解算误差达到4.4μm,R_(x)和R_(y)方向解算误差达到28μrad,故小角度近似法无法满足上述位移测量精度要求。所提出的基于数值计算法的解耦方法对实现6DOF位移台的高精度位移测量具有重要意义。

非接触式活塞环梯形角测量系统的设计与验证

活塞环梯形角是评价活塞环加工质量的关键参数,随着技术与工艺的进步,传统的接触式梯形角测量方案已不能满足现代的生产需求。分析接触式梯形角测量方案存在的问题,提出了基于光谱共焦位移传感器的非接触梯形角测量方案,并从传感器的选型、组合测量头的设计和夹紧机构的设计3个方面展现了全新的测量系统设计方案。通过对测量系统进行误差分析和可行性验证,证明了新的设计方案具有可行性,为研制新型非接触式活塞环梯形角测量仪提供了全新、有效的思路。

非接触三点内径测量法中角度安装误差的校准方法研究

由于操作简便,非接触三点内径测量法常用于工业现场测量。为提高工件内径测量精度,对在安装中无法避免的位移传感器角度安装误差进行分析建模,提出了一个新的考虑角度安装误差的非接触内径测量模型及一种基于多观测位置联立方程的误差校准方法。通过仿真分析了模型中观测位置数、工件内径尺寸与其他参数的设置对校准结果的影响,确认了在观测位置数大于4时即可实现对误差的校准。最终,使用激光位移传感器构建内径测量系统并开展实验,验证了角度安装误差校准方法的有效性,圆工件的内径测量的绝对精度与重复性精度分别在0.6μm与0.4μm以下。

激光跟踪仪测角误差的现场评价

激光跟踪仪是基于角度传感和测长技术相结合的球坐标测量系统,其长度测量采用激光干涉测长方法,可直接溯源至激光波长,因此,激光跟踪仪的长度测量精度远高于角度测量精度,相对而言,测角误差就成为评价跟踪仪测量精度的重要指标。为了对现场测量激光跟踪仪的测角误差进行快速有效地评价,采用跟踪仪多站位对空间中测量区域内若干个被测点进行测量,与传统基于角度交汇原理的多站位冗余测量不同,利用各站位所观测的高精度测长值建立误差方程,并通过测长方向的矢量位移对跟踪仪测长误差进行约束,获得被测点三维坐标在跟踪仪水平角和垂直角方向上的改正值,以此来评价激光跟踪仪的测角误差。通过Leica激光跟踪仪AT901-LR进行了多站位测角误差评价实验,在现场测量条件下,跟踪仪水平和垂直方向测角误差约为0.003 mm/m(1σ),符合跟踪仪的测量误差特性。

光纤传感器在带传动参数测量中的应用

提出一种用光纤传感器测量高速旋转构件微小位移量的新方法,实现了非接触式高速、高精度的位移测量。在介绍光纤传感器测量原理的基础上,得出光强与测距之间关系式。将光强转为电压信号,建立电压商值与测距之间的拟合公式。设计V带参数测量实验台,对V带稳定运转时其在轮槽中的径向位移进行测定,进而得出V带在带轮中的轨迹,测量出滑动角的大小。针对原有V带滑动角计算公式中的不足进行优化,得出新的滑动角计算公式。对比实验结果,新公式更接近实验结果,误差更小,为V带的精确设计提供理论依据。

辅助干版微角位移调制全息法测机械变形方向

提出用辅助干版微角位移调制全息法测量物体的机械变形的方向。在测量光路系统中 ,设置了两张干版 ,一张辅助全息干版用于记录被测物体的被辅助全息干版自身微角位移调制的双曝光全息图 ;另一张全息干版用于记录被测物体的非调制双曝光干涉图。前者用于分析物体的变形方向 ,后者用于测量物体的机械变形量。文中着重阐述了机械变形方向的测量原理 ,导出了相关公式 。

风洞模型位移光学测量技术应用综述

风洞试验中,模型姿态的测量是影响数据精准度的一个重要因素,而测量上的一个微小变化,常常对实际应用价值造成巨大影响。当代测量技术发展的一个新领域是应用光学技术。概述了国外主要的风洞模型位移光学测量系统,包括测量依据、应用风洞、模型要求、数据后处理以及精度情况。这些测量系统应用于静态试验和动态试验中,用于模型位移、姿态角和弯曲变形的测量。从应用现状、应用环节、操作步骤、发展趋势等方面进行了描述,并给出了结论。比较这些模型位移光学测量技术可知它们各有优缺点,应用条件不一样。

圆光栅的高精度高质量莫尔条纹信号的研究

本文研究在圆光栅作为分度基准的高精度测角设备中，提高莫尔条纹信号精度和质量的方法。采用大视场接收、十头平均和裂相差分，获得较好的结果。

激光位移传感器在角度测量中的应用

激光位移传感器因其较高的测量精度和非接触测量特性,可应用在很多方面,将其用在测量工件的角度上能够实现角度的高精度测量。通过步进电机带动激光位移传感器扫描二面角的2个面,然后对测量的数据采用Matlab程序做最小二乘拟合,得到二面角两边的斜率,从而求出角度。实验中采用的位移传感器分辨率为0.3μm,导轨和步进电机重复定位精度高于3μm,则测量角度的精度高于1″。

面向21世纪的双频激光及相关测量科学技术

测 2 1世纪初几种重要激光计量仪器的发展水平 :双频激光可输出近零赫兹到百吉赫兹的频差 ,频差的稳定性将达到 1 0 - 7,从而使相对测量干涉仪的测量速度获得提高 ;高精度、长距离的绝对测量得以实现 ;双频激光的发展使建立新的可溯源到光波长的波片测量基准成为可能 ;产生一种可直接传感位移的激光器 ,可在很大程度上取代电感测微仪 ;产生一种测角仪 ,可在几十度范围内达到 0 .0 1′分辨率 ;产生一种惯性振动测量仪器 ,分辨率达到纳米。

超精密空间分离式外差利特罗平面光栅编码器位移测量系统

面向浸没式光刻机双工件台的超精密位置测量应用需求,提出了一种超精密空间分离式外差利特罗平面光栅编码器位移测量系统。给出了测量系统的原理与方案设计、系统各部件的设计及制造、编码器测量原理推导及实验验证等。所设计平面光栅编码器位移测量系统的相位卡的细分率为4096,测量分辨率为x50 pm/z25 pm。实验结果表明:该平面光栅位移测量系统可实现x向和z向位移的同时测量,z向运动行程为±1 mm,满足光刻机双工件台的垂向调焦需求;Rx/Ry/Rz单轴转动或三轴联合转动极限转角为±1.5 mrad时,交流信号质量仍然满足测量要求,光刻机双工件台的Rx/Ry/Rz的调平转动满足需求。所设计的平面光栅编码器位移测量系统能够实现光刻机双工件台相应的测量功能且具有较高的性能指标。

双波长单光栅纳米测量中激光器性能非理想的影响

阐述了双波长单光栅式大量程纳米级位移测量系统的基本原理,并对系统具有的量程大、精度高、稳定性好等特点进行了介绍。由于系统进行的是高精度纳米级的位移测量,必须考虑各种不利因素造成的误差影响,主要分析讨论了双频激光器性能非理想所造成的误差,包括波长不稳定造成的线性误差及椭圆极化偏振所造成的非线性误差。并在理论建模的基础上,导出了相应的误差表达式。最后通过仿真计算,指出波长不稳定造成的线性误差的极限值为2 nm,在非正交角为1.1°,渥拉斯顿棱镜的透过率Tx、Ty分别为0.85、1时,椭圆极化偏振所造成的非线性误差极值达到1.54 nm,并选取不同的非正交角及Tx、Ty对误差变化规律进行了研究分析。

车载激光系统光束控制反射镜角位移测量装置

为了使快速控制反射镜(FSM)能在车载、舰载等运动环境下稳定工作,并具有很高的控制精度,研制了一套高精度角位移测量装置,该装置通过精确地提供反射镜摆角信息作为系统的反馈信号来实现伺服闭环控制。针对传统快速控制反射镜位置信息反馈传感器的精度低以及不适于动载环境等缺点,采用田字裂相信号提取方法设计了基于莫尔条纹计数测量原理的精密光栅,并通过计算机进行仿真分析设计了具有抗干扰能力和耐高低温变化的绝对零位信号,其对比度达0.25。对信号处理电路进行高度集成,实现了小型化。实验结果表明,反射镜角位移测量装置测量的反射镜角分辨率为0.15″,测角精度优于0.4″,完全能满足机动式条件下,高能激光发射系统对FSM控制精度的要求。

航天器快速展开机构动态角度测量方法

为在地面试验中获取航天器快速展开机构的动态旋转角度,提出以测量位移数据结合几何关系计算的解决思路;对靶线通断法、拉线位移法、三角激光法和高速摄像法四种方法的特点逐一梳理,分别总结出地面试验的适应性技术方案和试前注意事项;通过4种方法的优缺点分析和试验数据对比,归纳了应用于试验的参考意见。

直接反馈线性化(DFL)的理论体系研究

本文对直接反馈线性化理论进行了系统化的总结、归纳，使之成为完整的理论体系，并由系统的状态方程出发，建立了直接反馈线性化理论在实际系统中应用的规范化途径．

叠栅条纹和CCD用于位移和角度的测量

将叠栅条纹测量技术和CCD器件结合应用于角度和位移的智能测量系统,该系统利用光栅的衍射自成像现象产生虚拟光栅,与另一光栅形成叠栅条纹,并用CCD光电转换系统,测量叠栅条纹的距离,可得到两光栅间的夹角.当任意一片光栅沿垂直于栅线方向移动时,通过数出移过叠栅条纹数目,即可得到相应光栅移动的位移.本文还分析和讨论了误差来源及给实验带来的影响.

时栅角位移传感器的误差补偿及参数辨识

基于正弦函数和快速傅里叶变换提出了一种误差补偿及参数辨识方法,用于提高时栅角位移传感器的测量精度和标定效率。使用激光干涉仪对时栅角位移传感器的误差进行标定,在整周采样36个对极点和对极内采样240个点。通过对标定的误差数据进行分析,由此提出一种基于傅里叶级数变换的误差补偿模型,在对极点对8个参数与对极内20个参数分别进行参数辨识。实验结果表明:补偿后时栅角位移传感器的测量误差减小为原误差的1/38.4,显著地提高传感器的测量精度和标定的效率。

光电摆角动态测量原理及其测量系统

本文阐述了用于测量物体摆角及摆心浮动量的光电动态实时测量原理,以及根据此原理研制的光电导弹喷管摆角动态测量系统。

结构性能参数对基于IDA方法结构优化的影响

以钢筋混凝土框架结构为研究对象,选择顶点位移、最大层间位移角、最大基底剪力3种结构性能参数(DM),分析比较不同DM对基于IDA方法结构优化结果的特点和影响,结果表明在结构优化分析时优先使用最大层间位移角作为DM,同时可以选择顶点位移进一步分析,对结构优化进行修正。