光栅莫尔条纹电子学细分技术研究

论文摘要

光栅测量技术具有高精度、高灵敏性、动态范围大、易于实现自动化等特点,可实现对位移、速度等机械量的测量。为提高测量精度和分辨力,有效控制测量成本,莫尔条纹电子学细分技术被广泛研究和应用。本文对莫尔条纹电子学细分技术进行了深入研究,提出了提高细分精度和分辨力的解决方案。从基本原理上归纳总结实际应用中各种细分方法的实现途径和特点。重点对正切法细分技术进行研究并对细分精度影响因素进行理论分析;在常规信号调理的基础上,通过算法对莫尔条纹信号进行噪声控制和相位校正,可极大提高细分精度。为获得高质量信号,将神经网络自适应算法应用于莫尔条纹信号降噪。神经网络层实现信号的非线性映射,使线性和非线性噪声均能得到有效抑制;将滤波步长与信号频率构成函数关系,步长的动态调整和算法的自适应性保证了宽频带滤波效果。滤波后的莫尔条纹信号质量明显改善。基于正切法细分,提出了一种新的相位误差补偿算法,通过信号区间的分段处理,使短周期信号的各相角均可得到实时校正,有效降低了由于信号相位不正交引起的细分误差,并详细分析了算法的实现条件。仿真及实验表明,本文提出的算法可显著改善莫尔条纹信号质量;相关研究内容对于提高莫尔条纹电子学细分精度和倍数具有实际参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光栅测量技术
• 1.1.1 光栅测量系统组成
• 1.1.2 光栅分类和结构特点
• 1.2 光栅测量精度和分辨力
• 1.3 莫尔条纹细分技术概述及发展现状
• 1.4 课题的研究背景和研究内容
• 第二章 莫尔条纹基础
• 2.1 莫尔条纹的形成
• 2.2 莫尔条纹的特点
• 2.2.1 误差平均效应
• 2.2.2 运动对应关系
• 2.2.3 位移放大作用
• 2.3 莫尔条纹信号预处理
• 2.3.1 信号调理
• 2.3.2 光强补偿
• 2.4 本章小结
• 第三章 电子学细分的实现途径
• 3.1 直接细分
• 3.2 移相电阻链细分
• 3.3 鉴相细分
• 3.3.1 相位调制细分
• 3.3.2 锁相倍频细分
• 3.3.3 时钟脉冲细分
• 3.4 幅值分割细分
• 3.4.1 构造正切函数细分
• 3.4.2 构造三角函数细分
• 3.5 细分方法对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 正切法细分及其精度分析
• 4.1 基本工作原理
• 4.2 区间划分依据
• 4.3 信号质量分析
• 4.4 信号质量对细分精度影响的理论分析
• 4.4.1 相位不正交
• 4.4.2 直流电平
• 4.4.3 正余弦幅值不等
• 4.4.4 谐波分量
• 4.4.5 噪声干扰
• 4.5 本章小结
• 第五章 莫尔条纹信号噪声控制
• 5.1 有限长冲击响应数字滤波
• 5.1.1 滤波器的构建
• 5.1.2 滤波效果及细分精度分析
• 5.2 神经网络自适应滤波算法
• 5.2.1 自适应算法
• 5.2.2 神经网络滤波算法
• 5.2.3 动态调整滤波步长
• 5.2.4 滤波效果及细分精度分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 正交信号相位滞后处理
• 6.1 直接计算相位
• 6.1.1 信号交点的判断和运用
• 6.1.2 优缺点分析
• 6.2 相位补偿算法
• 6.2.1 基本工作原理和实现途径
• 6.2.2 不同象限相位的分段补偿处理
• 6.2.3 补偿精度影响因素及改进措施
• 6.2.4 补偿效果及细分精度分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的学术论文