连续光谱绝对位置测量方法研究

摘要

光谱共焦测量技术是以波长承载位移信息的测量技术，在精密制造加工领域有着很好的发展前景。这其中最核心的部分就是光学色散系统和光谱的信号处理部分，它的好坏将直接对最终测量结果的精度以及分辨率产生比较重要的结果。在测量系统中，采用了光线耦合技术，使得LED的白色光源在经过准直透镜后进入到色散透镜当中，实现在轴上的不同位置不同波长的光的聚焦，在被测物体的表面，被反射回来的某一单色光在到达光谱分析系统的时候，相关信息被系统所采集。由于一个波长有一个指定的对对应距离值，所以在经过峰值识别之后是可以完成位移值的推算的。论文主要工作如下:
　　1、采用宽光谱的光纤光源(LED白光)，由光纤导入聚焦透镜新系统。基于光学色像差聚焦系统设计。利用Zemax软件在对该设计进行模拟分析;中心波长为550nm。对不同平行光照射下的透镜聚焦情况进行模拟，对优化目标以及相关的操作指数例如焦距或者球差等进行优化，达到提升设计的性能的目的，为设计的可行性提供分析依据。
　　2、设计基于高密度光栅的集成化光谱检测系统，采用反射光栅进行分光，采用一维CCD进行光谱识别，本次设计建立在FPGA全硬件型号处理的基础之上，并且使用了小波去声算法对探测信号的信噪比进行了优化，从而实现光谱信号的高速高精度处理。
　　3、建立一个连续型的传感器误差模型，误差补偿程序和信号解调运算复杂，大量的数据运算与实时性要求需采用高MIPS的FPGA芯片进行数据处理，研究高速数据处理和数据融合技术，编制高速信号解调和误差插补软件烧录在FPGA芯片中，满足实时为满足高精度、高速度的测量要求。
　　4、系统测试平台的搭建与测量，整个标定系统拟放置在恒温的中心实验室，减少温度变化对系统测量精度的影响，对本项目系统标定，分为系统分辨率标定、系统精度测试标定与系统动态性能标定。系统分辨率标定利用高精度定位平台提供具有高分辨率的微位移来测试研发传感器分辨率。系统动态性能标定，基于振动工作台进行动态性能测试，采用测量结果与激光干涉仪比对，分析测试结果。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 课题的主要研究内容

2 光谱共焦测量系统的组成

2．1 光谱共焦位移测量原理

2．2 系统组成分析

2．3．1 测量范围

2．3．2 分辨率

3 光学系统设计

3．1 光源选择

3．2 色散位移镜头设计

3．3 光谱检测系统设计

4 信号检测系统设计

4．1 精密驱动电压源的设计

4．2 基于FPGA一维CCD驱动电路设计

4．2．1 CCD的选型

4．2．2 RPLIS2048的介绍

4．2．3 CCD板的设计

4．3 光谱数据处理方法设计

4．3．1 中值滤波

4．3．2 小波变换

4．3．3 谱峰提取

5 测量测试与结果分析

5．1 实验平台搭建与误差分析

5．2 对比实验测试与分析

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 论文展望

参考文献