光栅莫尔条纹小波细分方法及光栅位移测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光栅莫尔条纹细分方法和装置，属于光栅位移测量领域。光栅传感器具有量程大、适应环境能力强、成本低等优势，广泛应用在精密位移测量、数显数控、大行程精密定位、精密加工和微电子等行业中。目前各行业对光栅位移测量提出了大量程纳米级等更高要求。当光栅传感器运行时，光栅传感器的输出波形非常复杂。光栅传感器在测量过程不一定是匀速运行，特别是启动、停止和换向的过程中，信号具有随机性。根据光栅信号的随机性提出了小波细分法，对光栅输出的四路莫尔条纹信号进行高速高精度同步数据采集，在对光栅信号进行等幅放大、非正交校正预处理之后，进行小波调相和提取相位处理，最后转换成位移。

【技术实现步骤摘要】
光栅莫尔条纹小波细分方法及光栅位移测量装置
:本专利技术专利主要涉及一种光栅莫尔条纹细分方法及位移测量装置。
技术介绍
:光栅传感器具有量程大、适应环境能力强、成本低等优势，广泛应用在精密位移测量、数显数控、大行程精密定位、精密加工和微电子等行业中。随着超精加工和超微加工进入了纳米技术的新时代，对微小位移量及微小物体几何形状测量的要求已不再局限于微米、亚微米量级，而是达到了纳米、亚纳米量级。目前各行业对光栅位移测量提出了大量程纳米级等更高要求。莫尔条纹细分是提高光栅位移测量的关键，通过电子细分技术提高光栅位移测量精度有更大的空间，也是研究的热点，目前已经提出了多种细分方法，国内外莫尔条纹细分法主要集中在光学法和电子法，现有方法存在的主要问题有:对信号波形质量要求高、速度慢、量程小、环境影响大、误差分离与修正困难等诸多问题，开发新的细分方法是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
:专利技术目的:本专利技术提供一种光栅莫尔条纹细分方法及光栅位移测量装置，其目的是解决以往的方式所存在的对信号波形质量要求高、速度慢、量程小、环境影响大、误差分离与修正困难等诸多问题。技术方案:本专利技术专利是通过以下技术方案来实现的。一种光栅莫尔条纹细分方法，其特征在于:光栅莫尔条纹小波细分方法是将光栅传感器的信号经过同步采集、校正处理之后，调制小波基的相位，再对调制后的信号进行小波变换，通过脊最大对应的相位得到光栅位移值；该方法的步骤如下:对光栅传感器输出的四路信号进行同步、高速、高精度数据采集，对采集的信号进行小波滤波和等幅放大处理；①利用四路同步模数转换器采集光栅传感器输出的四路信号:

【技术保护点】
一种光栅莫尔条纹细分方法，其特征在于：光栅莫尔条纹小波细分方法是将光栅传感器的信号经过同步采集、校正处理之后，调制小波基的相位，再对调制后的信号进行小波变换，通过脊最大对应的相位得到光栅位移值；该方法的步骤如下：对光栅传感器输出的四路信号进行同步、高速、高精度数据采集，对采集的信号进行小波滤波和等幅放大处理；①利用四路同步模数转换器采集光栅传感器输出的四路信号：Us(x)=Ussin(2πx/d+θs)U-s(x)=-U-ssin(2πx/d+θ-s)Uc(x)=Uccos(2πx/d+θc)U-c(x)=-U-ccos(2πx/d+θ-c)---(1)②对信号分别进行等幅值放大，经过处理后输出四路信号为：Us(x)=Usin(2πx/d+θs)U-s(x)=-Usin(2πx/d+θ-s)Uc(x)=Ucos(2πx/d+θc)U-c(x)=-Ucos(2πx/d+θ-c)---(2)③以第一路信号Us(x)为基准，对其它信号依次进行校正；光栅传感器内置的四个光电管之间的距离是固定的，因此对应输出信号的相位差也是固定的，这样通过测出其相位差就可对四路信号的非正交进行校正，使得校正后的四路信号依次正交；设Us(x)与Uc(x)实际相位差为γ，其与90°的差值为因此两路信号可以表示为：其中，Ucosθ是要求的与Us(x)正交的信号，也就是校正后的信号，设校正后信号为Uc＇(x)，则：这样Uc＇(x)和Us(x)是正交的，实现了非正交校正；同理可实现其它两路信号校正，经过相位正交化处理后的四路信号为：Us(x)=Usin(2πx/d+θs)U-s(x)=-Usin(2πx/d+θs)Uc(x)=Ucos(2πx/d+θs)U-c(x)=-Ucos(2πx/d+θs)---(5)④进行小波调相由非正交校正后的两路光栅信号构成复数：U(x)=Uc(x)+jUs(x)，与小波基函数相乘，小波基函数可以任选，现以复Shannon小波基函数为例，光栅传感器输出信号调制复Shannon小波基函数就是将输出信号与小波基相乘，调制后信号的表达式为：sp(t)=U(x)ψ(t)=UfB0.5sin(fBt/m)mexp[j(2πfct+β+2πxd+θs)]---(6)其中，β为小波基的初相；⑤进行小波鉴相(6)式表明光栅位移调制到了小波基的相位上，用复Shannon小波基以频率fc对应的尺度ac对调相信号和小波基本身分别进行变换，由脊最大可获得调相信号的初相值β+2πx/d+θs和小波基本身的初相值β，则两次相邻时刻的相位差为：Δφ=Δφti+1-Δφti=2πxti+1-xtid---(7)⑥求取位移两次相邻时刻的位移值为：Δx=xti+1-xti=Δφ2πd---(8)由Δx的正负可以判断光栅的运动方向，实际总的位移为：x＝∑Δx????????(9)。FDA0000418728240000014.jpg,FDA0000418728240000013.jpg,FDA0000418728240000021.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种光栅莫尔条纹细分方法，其特征在于:光栅莫尔条纹小波细分方法是将光栅传感器的信号经过同步采集、校正处理之后，调制小波基的相位，再对调制后的信号进行小波变换，通过脊最大对应的相位得到光栅位移值；该方法的步骤如下:对光栅传感器输出的四路信号进行同步、高速、高精度数据采集，对采集的信号进行小波滤波和等幅放大处理； ①利用四路同步模数转换器采集光栅传感器输出的四路信号: 2.根据权利要求1所述的光栅莫尔条纹细分方法，其特征在于:“④”步骤中不需要根据不同应用场合的特性重新选...

【专利技术属性】
技术研发人员：常丽，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：