基于衍射光栅的信号处理和细分技术的研究

摘要

随着现代科技的丰富与进步，纳米技术、生物医学、半导体制造、超精密加工等技术在近年取得了飞速发展。微米级的测量技术已经很难满足现代高精密器械对精度的要求，人们需要更高分辨率、更高速度、更微型化位移测量系统。在光栅位移传感器领域，国外的技术已经达到皮米级分辨率的高水平，但是国内的相关产品的分辨率却远不及国外产品，因此设计出高精度的光栅信号细分处理技术对于我国的现代化进程和科学进步都有着重大作用。
　　本文研究了衍射式光栅的惠更斯原理、多普勒频移理论、拍频干涉理论及偏振光学理论，并由此对使用的光路进行琼司运算推导，验证了获得的四路光强信号为振幅相等、相位依次相差90°的正弦型信号。
　　本文设计了前级处理电路，对采集到的光强信号进行初步处理，很大程度上减小了信号的幅值不等、直流电平漂移、非正交性等不利因素对于后续信号处理细分的影响。
　　本文研究了小波变换理论和椭圆拟合补偿理论，并结合LabVIEW和MATLAB软件进行程序设计，很大程度上去除了信号中的噪声并进一步提高其正交性，提高了后续细分所使用信号的质量。
　　本文研究了多种常用的细分方法，并分析其优劣。并利用LabVIEW软件进行程序设计，实现了对采集信号的高分辨率细分工作。
　　本文在最后进行了实际信号的采集，并对其进行了细分。结合采集到的信号，分析了细分方法的分辨能力。并提出改进意见，以获得更高的分辨能力。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 光栅信号处理细分技术的研究背景和意义

1．2 光栅信号处理细分技术的研究概况及发展趋势

1．2．1 国外光栅信号处理细分技术发展概况

1．2．2 国内光栅信号处理细分技术发展概况

1．3 本文主要研究内容

2 光栅测量原理及细分方法的研究

2．1 基于几何光学的测量原理

2．2 基于衍射干涉的测量原理

2．2．1 光栅衍射理论

2．2．2 多普勒频移

2．2．3 衍射光干涉理论

2．3 常用细分方法

2．4 本章小结

3 光路分析及前级处理电路设计

3．1 偏振光学理论和琼司运算

3．2 光路模型分析

3．3 误差分析

3．3．1 光路误差分析

3．3．2 环境误差分析

3．4 前级处理电路设计

3．5 本章小结

4 信号去噪与补偿

4．1 信号的采集

4．2 信号去噪程序设计

4．2．1 小波去噪函数

4．2．2 参数选择

4．2．3 信号去噪实验

4．3 信号补偿程序设计

4．3．1 李萨茹图形

4．3．2 椭圆拟合补偿

4．4 本章小结

5 信号细分与实验分析

5．1 辨向计数程序设计

5．2 细分程序设计

5．3 实验分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢