CCD光纤角位移传感器的研究

摘要

角位移是测量技术中的基本力学测试参数之一。对角位移进行高精度、大量程、高分辨率的检测，是当前工业控制领域中急需解决的问题之一。由于使用环境的特殊性，以及检测精度和抗干扰的要求，现有的角位移传感器不能完全满足自动控制系统中的安全防爆，大量程，高精度，低成本的要求，所以开发研究新型的光纤角位移传感器有着重要的意义。
　　 本文研究了一种由进位式编码盘、混合排列的光纤束、线阵CCD和采集系统组成的测量系统。该系统由CCD通过计数光纤点亮的根数，实现角位移测量，通过进位式编码盘扩大角位移的动态范围，通过识别码消除齿轮往复旋转时齿轮间隙产生的空程误差，用混合排列的光纤束传输光信号。从而使该系统具有动态范围大，灵敏度高，抗干扰能力强，长期稳定性好，成本低的优点。
　　 本文从硬件和软件两方面详细地阐述了CCD光纤角位移传感器的电路系统设计。系统的硬件设计包括CCD驱动电路和CCD数据采集电路，其中部分电路采用HDL设计方式实现；软件为基于单片机的C语言方式。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

第一章 绪论

1.1课题的研究背景

1.2角位移传感器的发展现状

1.2.1光栅方法测角位移

1.2.2旋转编码器方法测角位移

1.2.3光纤方法测角位移

1.2.4光学方法测角位移

1.2.5电学方法测角位移

1.3光纤角位移发展现状

1.4本论文的主要研究内容

本章小结

第二章 CCD光纤角位移传感器的原理

2.1 CCD光纤角位移传感器系统设计原则

2.2进位式编码盘传动系统的结构原理

2.3进位式编码盘的编码方式

2.3.1测量码码盘的编码方式

2.3.2一级进位码码盘的编码方式

2.3.3二级进位码码盘的编码方式

2.4传输光纤结构

本章小结

第三章 编码盘理论推导

3.1测量码结构选择

3.2测量精度和动态范围

本章小结

第四章 系统硬件实现

4.1 CCD驱动电路实现

4.1.1驱动及控制信号产生电路设计

4.1.2光电转换电路设计

4.1.3模拟调理前端电路设计

4.1.4 CCD驱动电路总原理图

4.2 CCD采集电路实现

4.2.1 A/D转换电路设计

4.2.2采样系统电路设计

4.2.3数据处理及显示电路设计

4.2.4 CCD采集电路总原理图

4.3电磁兼容性设计

4.3.1电磁干扰和电磁兼容性

4.3.2器件的选择

4.3.3电容的运用

4.3.4接地技术

本章小结

第五章 系统软件实现

5.1系统控制部分的软件设计

5.1.1 VHDL硬件描述语言

5.1.2 VHDL代码设计

5.1.3系统时序模拟

5.2数据处理及显示的软件设计

5.2.1编程语言的选择

5.2.2主程序架构

本章小结

第六章 CCD光纤角位移传感器的性能试验

6.1 CCD光纤角位移传感器试验装置

6.2电路调试遇到的问题及解决方法

6.3 CCD光纤角位移传感器测量数据分析

本章小结

第七章 课题的总结与展望

7.1课题的总结

7.2课题的展望

参考文献