變柵距光柵位移傳感器的若干問(wèn)題研究.pdf

1、隨著軍事和民用工業(yè)中特殊場(chǎng)合對(duì)抗電磁干擾傳感器的需求逐漸增加，光學(xué)傳感器的研究越來(lái)越受到重視。在上世紀(jì)70年代，國(guó)外發(fā)起的光傳飛行控制系統(tǒng)先進(jìn)硬件研究計(jì)劃FLASH中研發(fā)了多種光纖位移傳感器；在這樣的背景下，國(guó)內(nèi)多家單位也在進(jìn)行光纖位移傳感器的研制，以取代現(xiàn)有的電磁式位移傳感器。 考慮國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)，西安某所開展了變柵距光柵位移傳感器的研究，在樣機(jī)實(shí)驗(yàn)中取得了圓滿成功，并開始了從原理樣機(jī)走向工程樣機(jī)的研究。

2、 本課題擬通過(guò)對(duì)變柵距光柵位移傳感器光學(xué)系統(tǒng)的全面研究，提出對(duì)該系統(tǒng)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)方案。為系統(tǒng)的工程制作和設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)，盡量使工程設(shè)計(jì)少走彎路。主要研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面： 一、傳感器的光學(xué)系統(tǒng)研究 基于單色儀的光學(xué)原理，對(duì)變柵距光柵位移傳感器的核心元件變柵距光柵、入射光纖、接收光纖和光譜儀進(jìn)行了深入分析，指出現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題及相應(yīng)的解決辦法。通過(guò)對(duì)變柵距光柵成像特性的研究，指出了現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)存在著分辨率和

3、數(shù)據(jù)采集時(shí)間沖突的問(wèn)題，通過(guò)Zemax軟件模擬對(duì)該問(wèn)題提出解決方案；對(duì)入射光纖和接收光纖的纖芯直徑進(jìn)行研究，分析了其對(duì)傳感器分辨率的影響，并提出了計(jì)算方法；對(duì)光譜儀參數(shù)和傳感器分辨率之間的關(guān)系進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，為傳感器設(shè)計(jì)時(shí)光譜儀的選擇提供一定的指導(dǎo)和借鑒。 二、傳感器的工程樣機(jī)研究 針對(duì)設(shè)計(jì)的傳感器工程樣機(jī)進(jìn)行了全面的系統(tǒng)誤差分析，估算傳感器中各種元件和因素給傳感器位移測(cè)試帶來(lái)的誤差的大小。并提出可能的解決方案。研究了導(dǎo)

4、軌移動(dòng)過(guò)程中的位移誤差對(duì)傳感器系統(tǒng)的影響，分析了現(xiàn)有的單反射鏡結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器精度的影響，提出采用雙反射鏡結(jié)構(gòu)來(lái)消除導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)帶來(lái)的動(dòng)態(tài)誤差的解決方案；對(duì)傳感器工程樣機(jī)的靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指出現(xiàn)有光柵參數(shù)和數(shù)據(jù)處理方法對(duì)系統(tǒng)誤差的影響，并提出解決方案。 三、角度位移傳感器的光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化和柱面變柵距光柵的制作 對(duì)基于柱面變柵距光柵原理的角度位移傳感器進(jìn)行了分析，對(duì)光學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出建議，并提出制作柱面變柵距光柵的方法。首先

5、通過(guò)全息光刻-電鍍的方法制作了厚度為100μm鎳基底的金屬變柵距光柵，再將薄金屬光柵貼在柱面上即可得到柱面變柵距光柵。 本論文的主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在：對(duì)變柵距位移傳感器的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了理論的分析和研究，對(duì)傳感器的工程化具有一定的理論指導(dǎo)作用；對(duì)傳感器的誤差進(jìn)行了全面的分析，采用雙反射鏡結(jié)構(gòu)抑制了導(dǎo)軌的精度對(duì)傳感器精準(zhǔn)度的影響；對(duì)工程樣機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和研究，指出了現(xiàn)有傳感器的問(wèn)題所在；制作了柱面變柵距光柵，解決了角度位移傳感器核心元