微位移测量

摘要： 为了实现超高分辨力的微位移测量,建立了基于光纤布拉格光栅传感的高灵敏度探针系统,研究了静态锁相放大技术,用于检测小于纳米量级的微位移信号。根据光纤布拉格光栅传感原理,设计了高灵敏度的双光栅自补偿解调系统结构。基于信号特征研究了静态锁相放大技术,用于实时检测处理微弱测量信号。最后,通过探针系统的性能测试实验可获得灵敏度和分辨力等参数。实验结果表明:探针系统在接触区域的微位移测量范围约为1μm,灵敏度为-15.33 mV/nm,短期噪声极差的均值为0.83 mV,标准差为0.32 mV,信号处理分辨力约为0.06 nm(60 pm),其标准差为0.02 nm(20 pm)。该系统采用光纤布拉格光栅传感技术达到了皮米量级的微位移信号处理分辨力,满足微纳测量系统的抗干扰性强、重复性好等要求,且系统成本较低。

摘要： 针对在半导体激光器自混合干涉(SMI)微位移测量中,测量噪声对SMI信号条纹计数极易引入误差,提出一种基于SavitzkyGolay(SG)滤波与包络提取的SMI信号处理算法,对自混合信号处理并识别条纹后,干涉条纹能够得到准确地计数。该算法采用SG卷积均值滤波处理、三次样条函数插值包络分析和信号归一化处理,可以有效消除噪声高频信号和提取信号包络。采用电压调制模式下驱动压电陶瓷(PZT)产生微振动作为模拟振动源,实验中设置3组不同电压调制幅值下的振动源,采集并分析SMI信号及相应振幅信息。在3组实验当中,经过算法处理过的SMI信号,其干涉条纹数与电压调制PZT振动幅值由处理前偏离线性关系到处理后保持线性关系。实验结果表明,经SG滤波与包络提取算法处理过的SMI信号能真实反映微米量级的微位移。

摘要： 为减少大跨度桥梁的误差,研究基于双目视觉的大跨度桥梁振动微位移测量方法.微位移测量标定点预处理,并对承台实现对应的测量.建立双目梯度振动微位移测量结构,并在双目视觉技术下设计公垂重构测量模型,以此为基础,通过单应处理法来最终实现双目视觉下桥梁振动微位移的测量.实例分析表明:在不同的振动频率作用下,应用双目视觉技术的桥梁微位移测量得出的误差相对较小,说明其测量效果比较好,数据的准确程度很高.

摘要： 微小位移测量在工业控制、机械制造等领域应用广泛。提出了一种基于电压积分翻转电容法的微位移测量方法,该方法利用平行板电容器充放电的特性,使输出电压根据电容值的不同而发生周期性的反转,产生相应频率的输出波形。该系统由位移测量电极板、电压积分翻转电路、低通滤波电路和MCU模块组成。位移测量电极板位移变化时,电容也发生相应改变,电压积分翻转电路将电容变化值转化为输出信号的频率变化值。低通滤波电路将输出信号滤波,降低高频噪声的影响。MCU模块计算出频率变化值对应的微小位移变化值。实验结果表明:由线性回归分析,基于电压积分翻转电容法的微位移测量,其线性度误差为2.16%,相对误差为0.06%,与其他基于电容的位移测量方法相比,线性度误差比基于电容式传感器的微位移测量法小0.09%,比ZNXD型电容式传感器位移测量法小0.64%;相对误差比基于电容式传感器的微位移测量法小0.26%,比ZNXD型电容式传感器位移测量法小0.14%,比平板式电容器位移测量法小0.36%。相比之下,基于电压积分翻转电容法的微位移测量具有较好的线性度误差和相对误差。

摘要： 迈克尔逊干涉术测量微位移可实现纳米甚至更高的分辨力,并且具备能直接溯源至激光波长等诸多优点,是目前微位移测量的重要技术手段.以限制迈克尔逊干涉仪品质提高的非线性误差为主要切入点,对目前各种基于迈克尔逊干涉原理的激光干涉技术进行了分类介绍,主要讨论了微位移测量中实现高精度和高分辨率的干涉测量技术,最后展望了激光干涉法测量微位移的近期发展趋势.

摘要： 拍频式法-珀干涉微位移测量具有溯源到时间频率的特性,在测量过程中对于频率变化量的实时测量的要求很高.传统的串行数据采集方式实时性较差,间接地降低了测量结果的精度.针对此问题,将轻量级并行编程技术应用到微位移测量系统中,提高测量数据的实时采集速率.在此基础上设计一种寻峰算法来提高微位移测量中透射光强在峰值处的稳定性.实验结果表明,优化后的测量软件的运行效率得到显著提升,软件实现的寻峰算法在50次寻峰过程中的全局误差保持在6 mV左右,局部误差保持在2～3 mV,该算法可以满足后续位移解调的光强峰值稳定性需求.

摘要： 激光陀螺稳频器采用双压电陶瓷片作为驱动元件,用来实现对激光陀螺谐振腔长的双向调节,稳定激光陀螺的工作频率.压电陶瓷片要求配对使用,并具有相同的性能,在相同的驱动电压下具有近似一致的位移量,因此,需要对压电陶瓷片的微位移进行精确测量并配对使用.实验研究了充放电次数对压电陶瓷片位移量的影响,形成了基于高精度电感测微仪的双测头测量工艺方法;为实现压电陶瓷片的批量测量,设计了能够实现批量自动化测量的技术方案,并研制了设备.设备采用真空吸附方式拾取压电陶瓷片,避免机械夹取的意外损伤;利用球面轴承和弹性探针组合,保证上电极与陶瓷片接触均匀.实验结果表明,设备测量的重复精度优于0.06μm,能有效保证陶瓷片的一致性.

摘要： 针对微动平台微位移测量中传统传感器可测自由度单一、成本高等问题,提出了利用计算机显微视觉测量微动平台位移的方法.根据小孔成像原理建立微视觉成像模型,建立图像坐标系与微动平台坐标系之间的雅各比矩阵.将微视觉图像进行二值化、形态学处理,以消除图像中的噪声.最后提取图像中连通域,并通过连通域重心坐标位置变化计算微动平台输出位移.实验证明:所提方法便捷高效,能够在较短时间内获得良好的测量精度,可用于微动平台输出位移测量.

摘要： 激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等优势,所以基于干涉原理对激光光谱进行积分可以应用于微位移测量领域.在重力方法探测过程中,因地质结构不同引起万有引力差异而造成的探测质量块位移十分微小,通常为纳米级,所以研制高精度纳米级微位移测量系统尤为重要.然而传统电容位移测量法在防止电磁干扰等方面存在不足.相比较而言,光学干涉法具备抗电磁干扰、环境适应性强等优点,且精度不亚于电容法.传统干涉系统光路复杂、难于集成,对重力仪的小型化与集成化不利.所以研制一种结构紧凑的光学干涉系统用于实现纳米级微位移测量成为亟需.基于可变相位延迟的激光干涉式方法,能够实现亚纳米级微位移测量,较传统干涉系统具备结构紧凑、易于集成的优势.本微位移测量系统由半导体激光器、起偏器、检偏器、楔形双折射晶体组和光谱仪组成.研究从以下方面展开:首先是确定测量系统方案,提出了偏振光干涉双路结构,以楔形双折射晶体组作为核心器件,将晶体间相对位移转化为o光和e光的差别化相位延迟,并对激光光谱进行积分,进而将位移变化转变为合成光强的变化;其次是建立测量位移物理模型,根据设计的双折射晶体组几何结构、位移过程与光路,确定光强变化与待测位移量之间的关系;第三是系统参数优化,为了使系统的测量误差和量程满足实际需求,利用已建立的物理模型,将测量误差和量程分别与晶体切割角度α、激光器激射波长λ建立函数关系.根据应用需求,确定适当的误差和量程取值范围,进而得到角度α和波长λ取值范围;最后加工晶体、搭建系统并进行测试.具体即以α和λ为调控参量,联合考虑"近似线性化"和"激光器光强波动误差"对系统量程进行优化仿真.同样,联合考虑"激光器光强波动误差"和"激光器波长波动误差",并利用"系统最大位移量"(与量程有关)对系统测量误差进行优化仿真.最终确定钒酸钇晶体切割角度α为20°,激光器激射波长λ为635 nm.实验中,以10 nm为间隔利用压电陶瓷设置位移量进行位移测试,包括:系统的线性标定、系统量程和测量误差测试.另外,在保持待测位置不变的条件下,利用本位移测量系统进行了2h不间断测量,并通过阿伦方差确定了系统的位移探测下限.实验结果表明,位移量程范围大于150 nm,位移测量误差约0.5 nm,位移探测下限为0.32 nm@23 s,探测线性度判定系数(R2)为0.99985.综上所述,以自制楔形双折射晶体组作为核心器件的可变相位延迟激光干涉式微位移测量系统,可作为重力探测中的质量块位移测量单元.与电容法相比具有更强的环境适应性;与传统干涉系统相比具有结构简易、光路紧凑等优点,便于重力仪的小型化与集成化.

摘要： 采用激光三角法原理,设计了一种基于FPGA(Field-Programmable Gate Array)的激光位移测距系统.该系统利用FPGA可编程设计数字电路特点,设计了DDS(Direct Digital Synthesizer)信号发生器,用以实现对半导体激光器的调制;采用了快速傅里叶变换等信号处理技术实现了对信号的解调,提高了系统的抗干扰能力和系统的集成度.经系统标定,系统测量范围可以达到20mm,精度为24μm.

摘要： 目前在直线位移测量领域内光栅尺是应用较为广泛的具有代表性的传感器，但由于易受码盘刻划、温度以及装调工艺等因素的影响，很难在微位移测量领域内发挥其可靠性强，精度高，结构简单等特点。所以在光栅尺的基础上设计了一种体积小，并以数字形式输出的高分辨力，高精度的微位移测量装置。经实验证明本系统在5毫米测量范围内分辨力达到0.2 3微米，精度达到0.6微米。大大满足了微位移测量要求。

摘要： 基于数字散斑图像,设计了一种可用于非接触引伸计领域的嵌入式微位移测量系统。根据在线、实时、连续测量的要求,本文选择数字散斑图像作为分析对象,运用最小均方差算法和嵌入式系统设计了微位移测量系统。详细论述了测量系统的结构组成、测量原理以及软件设计方法,并对测量系统的性能进行了试验验证。试验结果表明,该测量系统的性能优于2级引伸计的性能,通过补偿可满足0.5级引伸计的性能要求,即在非接触引伸计领域应用基于数字散斑图像设计微位移测量系统是可行的、有效的。

摘要： 介绍了两种平衡式干涉仪的光学系统设计方法。分别给出了用于单端测量和双端测量的具体设计方案。由于采用的平衡式光学系统中测量光束和参考光束具有近似相等的光程长度和相似的路径,其光程差仅由被测件的长度或被测表面与测量参考镜之间的距离而引起,因此干涉仪具有很高的稳定性。用双端测量双光程平衡式干涉仪对准零长度试样进行测量,在185 h测量中所得数据的标准偏差为2.1nm。

摘要： 介绍了两种平衡式干涉仪的光学系统设计方法。分别给出了用于单端测量和双端测量的具体设计方案。由于采用的平衡式光学系统中测量光束和参考光束具有近似相等的光程长度和相似的路径,其光程差仅由被测件的长度或被测表面与测量参考镜之间的距离而引起,因此干涉仪具有很高的稳定性。用双端测量双光程平衡式干涉仪对准零长度试样进行测量,在185 h测量中所得数据的标准偏差为2.1nm。

摘要： 介绍了两种平衡式干涉仪的光学系统设计方法。分别给出了用于单端测量和双端测量的具体设计方案。由于采用的平衡式光学系统中测量光束和参考光束具有近似相等的光程长度和相似的路径,其光程差仅由被测件的长度或被测表面与测量参考镜之间的距离而引起,因此干涉仪具有很高的稳定性。用双端测量双光程平衡式干涉仪对准零长度试样进行测量,在185 h测量中所得数据的标准偏差为2.1nm。

摘要： 介绍了两种平衡式干涉仪的光学系统设计方法。分别给出了用于单端测量和双端测量的具体设计方案。由于采用的平衡式光学系统中测量光束和参考光束具有近似相等的光程长度和相似的路径,其光程差仅由被测件的长度或被测表面与测量参考镜之间的距离而引起,因此干涉仪具有很高的稳定性。用双端测量双光程平衡式干涉仪对准零长度试样进行测量,在185 h测量中所得数据的标准偏差为2.1nm。

摘要： 本文设计了一种玻壳自动测量系统，该系统包括PLC控制系统、计算机测量系统、伺服定位系统和位移传感测微系统.实际运行表明采用该测量系统，可以实现玻壳自动在线全检。

摘要： 本文设计了一种玻壳自动测量系统，该系统包括PLC控制系统、计算机测量系统、伺服定位系统和位移传感测微系统.实际运行表明采用该测量系统，可以实现玻壳自动在线全检。

摘要： 本文设计了一种玻壳自动测量系统，该系统包括PLC控制系统、计算机测量系统、伺服定位系统和位移传感测微系统.实际运行表明采用该测量系统，可以实现玻壳自动在线全检。

摘要： 本文设计了一种玻壳自动测量系统，该系统包括PLC控制系统、计算机测量系统、伺服定位系统和位移传感测微系统.实际运行表明采用该测量系统，可以实现玻壳自动在线全检。

摘要： 本发明提供一种基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，包括宽带光源、柯勒照明系统、显微镜筒、干涉物镜、精密电控平台、短波截止滤光片、SMA905光纤接头、光纤、光谱仪、计算机和。光路结构沿光路行进方向依次是宽带光源、柯勒照明系统、显微镜筒，之后进入干涉物镜，经过干涉物镜的半透半反膜分成参考光束和测试光束，两者分别经过干涉物镜的参考板和被测件表面反射，沿原路返回并发生干涉，干涉信号经过显微镜筒的成像透镜和短波截止滤光片投射到像面，SMA905光纤接头将光纤固定于显微镜筒的像面，干涉信号通过光纤导入光谱仪，光谱仪与计算机连接，输出谱域干涉条纹。

摘要： 本发明公开了一种光栅组微位移传感器及其测量位移的方法，它包括光源、分束器、第一光栅层、第二光栅层、增反层、第一红外光电探测器、第二红外光电探测器、第一固定底座、第二固定底座、回形悬臂梁、上层电容平板、下层电容平板、依据光电信号计算位移的信号处理模块和向电容平板输送电流的电流驱动模块。本发明依据伍德异常现象，利用两层光栅位移时，反射光产生脉冲式变化的现象，通过在两光栅层制作多组光栅，每组光栅中上下两层光栅初始相对位置的不同设定，使得每组光栅产生脉冲式变化对应的上下两层光栅的微位移量不同，从而对位移信号细分，测量位移。本发明实现了传感系统的小型化，精度高，在航空、军事领域都有很广泛的应用前景。

摘要： 本发明公开了一种组合光栅微位移传感器及其测量位移的方法，该传感器包括两组发射接收结构、第一运动光栅、第二运动光栅、第一固定光栅、第二固定光栅、增反层、第一固定底座、第二固定底座、回形悬臂梁、上层电容平板、下层电容平板、信号处理模块和电流驱动模块。本发明大大缩小了系统的体积，而且引入了梳状电极、电容平板作为静电力回复闭环器件，能够精确对位移进行探测，扩大了探测器的动态范围；通过一组光栅产生的脉冲式光强变化信号来锁定另一组光栅产生的平缓光强变化信号斜率最大的位置，从而测量位移；实现了传感系统的小型化、高精度，在航空、军事领域都有很广泛的应用前景。

摘要： 本发明公开了一种脉冲微位移传感器及其测量位移的方法，该传感器包括红外光源、运动光栅、固定光栅、第一红外光电倍增管，第二红外光电倍增管、第一梳状电极、第二梳状电极，上层电容平板、下层电容平板、运动光栅的回形悬臂梁、依据光电信号计算位移的处理模块和向梳状电极和电容平板输送电流的电流驱动模块。本发明依据伍德异常现象中的一种特殊情况，即精确控制两层光栅间隔在1/5的波长量级时，调整光栅的周期、占空比等参数，两层光栅位移时，反射光产生脉冲式变化的现象，比一般的伍德异常光强变化平缓曲线有更高的斜率，能够极大地放大微小位移的信号，从而测量位移。本发明扩大了动态范围，实现小型化，在军事领域有很广泛应用前景。

摘要： 本发明属于机床振动在线测量领域，涉及一种微铣削加工过程中刀具和工件间相对振动情况精密测量系统。该测量系统包括激光微位移传感器、传感器支架、激光位移控制器、数据采集卡和具有PXI多功能控制器的计算机。具有传感器支架安装在微铣床工作台上，激光微位移传感器设置在与多自由度调节激光位移传感器支架上；激光微位移传感器在多自由度调节激光位移传感器支架上的位置可以调节，可测量XYZ任一方向振动情况。激光微位移传感器和激光位移控制器相连，激光位移控制器和数据采集卡相连，数据采集卡安装在计算机内部。该测量系统解决了微铣削加工中刀具和工件间相对振动测量的难题，测量精度高，设备移植性强，测量范围广，操作简单。

摘要： 本申请涉及一种微位移传感器及位移测量方法。所述微位移传感器包括用于发射探测光束的发射部、用于接收所述发射部发射的探测光束并对所述探测光束准直、色散的探测部、用于接收所述探测部反射的反射光束并分析处理的接收部、对光谱仪信号进行滤波放大处理的信号处理模块、用于判断信号并发出命令的控制器和位移测量结果的显示设备。本申请利用可见光色散反射原理，对待测位移尤其是高温工作环境下的待测位移进行无创实时检测。本申请具有使用方便、便于集成和小型化、灵敏度高的特点。

摘要： 本发明提供一种基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，包括宽带光源、柯勒照明系统、显微镜筒、干涉物镜、精密电控平台、短波截止滤光片、SMA905光纤接头、光纤、光谱仪、计算机和。光路结构沿光路行进方向依次是宽带光源、柯勒照明系统、显微镜筒，之后进入干涉物镜，经过干涉物镜的半透半反膜分成参考光束和测试光束，两者分别经过干涉物镜的参考板和被测件表面反射，沿原路返回并发生干涉，干涉信号经过显微镜筒的成像透镜和短波截止滤光片投射到像面，SMA905光纤接头将光纤固定于显微镜筒的像面，干涉信号通过光纤导入光谱仪，光谱仪与计算机连接，输出谱域干涉条纹。

摘要： 本发明公开了一种光栅组微位移传感器及其测量位移的方法，它包括包括光源、分束器、第一光栅层、第二光栅层、增反层、第一红外光电探测器、第二红外光电探测器、第一固定底座、第二固定底座、回形悬臂梁、上层电容平板、下层电容平板、依据光电信号计算位移的信号处理模块和向电容平板输送电流的电流驱动模块。本发明依据伍德异常现象，利用两层光栅位移时，反射光产生脉冲式变化的现象，通过在两光栅层制作多组光栅，每组光栅中上下两层光栅初始相对位置的不同设定，使得每组光栅产生脉冲式变化对应的上下两层光栅的微位移量不同，从而对位移信号细分，测量位移。本发明实现了传感系统的小型化，精度高，在航空、军事领域都有很广泛的应用前景。

摘要： 本发明公开了一种组合光栅微位移传感器及其测量位移的方法，该传感器包括两组发射接收结构、第一运动光栅、第二运动光栅、第一固定光栅、第二固定光栅、增反层、第一固定底座、第二固定底座、回形悬臂梁、上层电容平板、下层电容平板、信号处理模块和电流驱动模块。本发明大大缩小了系统的体积，而且引入了梳状电极、电容平板作为静电力回复闭环器件，能够精确对位移进行探测，扩大了探测器的动态范围；通过一组光栅产生的脉冲式光强变化信号来锁定另一组光栅产生的平缓光强变化信号斜率最大的位置，从而测量位移；实现了传感系统的小型化、高精度，在航空、军事领域都有很广泛的应用前景。

摘要： 本发明公开了一种脉冲微位移传感器及其测量位移的方法，该传感器包括红外光源、运动光栅、固定光栅、第一红外光电倍增管，第二红外光电倍增管、第一梳状电极、第二梳状电极，上层电容平板、下层电容平板、运动光栅的回形悬臂梁、依据光电信号计算位移的处理模块和向梳状电极和电容平板输送电流的电流驱动模块。本发明依据伍德异常现象中的一种特殊情况，即精确控制两层光栅间隔在1/5的波长量级时，调整光栅的周期、占空比等参数，两层光栅位移时，反射光产生脉冲式变化的现象，比一般的伍德异常光强变化平缓曲线有更高的斜率，能够极大地放大微小位移的信号，从而测量位移。本发明扩大了动态范围，实现小型化，在军事领域有很广泛应用前景。