一、The Transplant of Technology of Capacitive Displacement Transducer to Phase Modulation Grating-the Research of the Grating with nm Measuring Resolution（论文文献综述）
苏启轩[1]（2021）在《基于特种光纤光栅的新型振动传感器研究》文中研究说明振动信号检测在结构健康监测、地震波检测、油气管道监测等领域都有着重要应用,大型土木工程在使用过程中不可避免地会因环境负荷,疲劳影响等因素使结构体出现不同程度和类型的损坏,这些设施的大多数异常和损坏故障都会引起结构体振动,对振动信号的检测可以保证结构体的稳定。在地震勘探领域中通过人工制造震源并通过传感器获取振动信息,可以分析地壳的结构和介质变化,这对油气勘探、地下水探测和土木建设都有着重大的意义。在管道运输方面,石油天然气等能源主要通过油气管道进行运输,打孔盗油或油料泄露均会在管道产生振动信号,对输油管道的实时监测则可以有效避免此类事件的发生。相比电类振动传感器,光纤布拉格光栅振动加速度传感器具有体积小、耐高温、抗电磁干扰、重量轻、耐腐蚀、复用能力强等诸多优点,因此具有广阔的应用前景。光纤光栅振动传感器的小型化和方向识别性一直是研究的热点,在地震勘探的一些特殊应用场景中,只有足够小尺寸的传感器才能达到预期的测量效果。在结构健康监测中,小尺寸的传感器也更易实现嵌入式传感。地震波是矢量,在地震波检测中需要把地震波各个方向的分量都检测到才能获得精确的地层信息;在结构健康监测中也需要获得振动信号的方向。目前在光纤光栅振动加速度传感器的小型化研究中,光纤内微结构光纤振动传感器悬芯长度不可控,限制了其应用。具有方向识别性的多芯光纤光栅振动传感器大多使用悬臂结构,难以进行复用。针对这两个实际问题,本论文分别设计和制作了两种基于特种光纤光栅的振动加速度传感器。一、制作了一种基于腐蚀柚子型光子晶体光纤的光纤内独立长悬芯微纳光栅振动传感器,研究了光子晶体光纤内悬浮纤芯可控刻蚀制备工艺,实现了悬芯长度可控制备,最后对传感器进行了振动测试,分析了其幅频特性。二、设计并制作了一种基于多芯光纤光栅的光纤振动传感器,研究了其静态特性和其对振动信号的动态响应特性,实验结果表明该结构对振动信号响应具有方向依赖性,并且测得其横向力作用下灵敏度是轴向力作用下的10.8倍。本论文提出的光纤内长悬芯微纳光纤振动传感器,悬芯制备长度可控,拓宽了此类结构的应用范围,可实现更宽频带的振动信号测量,其整体结构仅一根光纤大小,可应用于狭小空间的振动检测。提出的基于横向力的多芯光纤振动加速度传感器灵敏度较高,具有方向识别性,可应用于二维的振动测量中。
韩磊[2]（2021）在《表面等离子体共振传感器增敏机理及优化设计研究》文中提出光学传感器依据光学原理进行测量,具有非接触和非破坏性、抗电磁干扰、高速传输以及可遥测、遥控等优点。随着全球光学传感器市场规模逐年增大,中国的光学传感器市场规模也在不断增大。但是,我国光学传感器行业发展水平较低,核心专利和制造技术长期被国外所垄断。因此,实现光学传感器的自主可控是提高我国科技竞争力和打破国外垄断的重要途径。反射型光学传感器中的表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）传感器由于稳定性好、体积小、实时性好等特点,被广泛应用于食品安全、环境检测、医学诊断等领域。然而,传统金属薄膜SPR传感器存在灵敏度较低、综合性能较差、受外界环境影响较大等问题。本论文首先开展基于角度调制和相位调制的SPR传感器增敏机理的研究,通过添加具有优异光电性能的新材料来提高SPR传感结构的灵敏度。其次,将智能优化算法应用于SPR传感器新结构的优化设计,快速获取新结构每层最优厚度,从而得到SPR传感器最优灵敏度和精度,解决了传统SPR传感结构设计方法耗时和效率低下的问题,为SPR传感器智能设计提供新的平台。最后,对SPR结构应用进行了研究,设计了一种具有高调制深度和低插入损耗的新型SPR宽带光反射调制器。论文主要工作如下:（1）提出基于氧化铟锡和二维材料的高灵敏SPR结构。基于氧化铟锡和二维材料的高电导率、高载流子迁移率、高透光率、能量带隙可调等光电特性,设计了两种新型Kretschmann结构的SPR传感器,并对它们的灵敏度和电场分布分别进行了研究。在灵敏度方面,使用了传递矩阵法与菲涅耳方程等数值仿真手段,利用固定变量参数扫描法对两种新型SPR传感结构进行了角度调试和相位调制的研究。研究结果表明,两种新型SPR传感结构相较于传统Ag-SPR传感结构,角度和相位灵敏度均显着提高。（2）提出适应度正序淘汰机制、自适应动态惯性权重和杂交粒子群优化算法结合的SPR传感器性能智能优化方法。针对粒子群优化算法在SPR传感器增敏设计过程中存在收敛速度慢、易陷入局部最优和全局搜索能力差等问题,在标准粒子群优化算法中引入适应度正序淘汰机制、自适应动态惯性权重、异步变化的学习因子和遗传算法的杂交概念,从而增强全局搜索和局部改良能力,加快了算法的收敛速度。基于适应度正序淘汰机制的粒子群优化算法,新型过渡金属硫化物-石墨烯杂化结构的灵敏度进行优化分析,并且,优化得到灵敏度与固定变量参数扫描法得到灵敏度进行对比。为了验证优化算法的广泛适用性,利用适应度正序淘汰机制的粒子群优化算法对一种新型SPR气体传感器灵敏度进行了优化。研究结果表明:与标准粒子群优化算法相比,提出的基于适应度正序淘汰机制的粒子群优化算法在计算效率上有显着提高。（3）提出一种基于混沌映射、适应度逆序淘汰机制、非线性缩放因子和交叉概率因子调控策略的差分演化算法,实现对古斯-汉欣位移的智能优化设计。针对标准差分演化算法易陷入局部最优解的问题,在标准差分演化算法中引入混沌映射方法、适应度逆序淘汰机制、非线性缩放因子和交叉概率调控策略,从而保持了种群的多样性,加快了算法的收敛速度,同时增强了算法的全局搜索能力。基于混沌映射的差分演化算法,对SPR传感器的古斯-汉欣位移和灵敏度进行优化研究,并将其与固定变量参数扫描法及标准差分演化算法分别进行了对比分析。研究结果表明:与固定变量参数扫描法相比,提出的基于混沌映射的差分演化算法在古斯-汉欣位移和灵敏度上均有显着提高;与标准差分演化算法相比,提出的基于混沌映射的差分演化算法在计算效率上有显着提高。（4）设计一种基于介电常数趋零效应的SPR宽带光反射调制器。为了实现SPR结构的广泛应用,基于氧化铟锡的介电常数趋零效应,设计了一种SPR宽带光反射调制器。光反射调制器的设计由垂直叠层构成,具有易于制造、工艺简单等特点。在外界电压驱动下,二氧化铪/氧化铟锡界面上的介电常数趋零效应导致强场增强,并改变了入射光的SPR条件。通过优化几何参数和适当的载流子浓度设计,可以同时获得较高的调制深度和较低的插入损耗。并且,对光学调制器性能影响的载流子浓度、硅层的厚度和波长分别进行仿真分析。研究结果表明:通过优化结构参数,可同时获得约100%的调制深度和3.7%的插入损耗。
李佳豪[3]（2021）在《基于平面交变电场的二维纳米时栅位移测量方法研究》文中研究指明位移测量技术的精密程度决定了一个国家的工业发展上限,而除了传统的直线位移传感以及角位移传感,精密二维位移测量作为平面运动的一个重要反馈,可以运用于各种对平面定位要求较高的场合,比如PCB和芯片制造,所以现如今的工业发展中对二维位移传感器表现出来的需求越来越广泛,对二维位移传感器也提出了更高的要求。在目前,得到比较广泛应用并且发展较为成熟的二维位移传感器是光栅二维位移传感器和基于磁场原理的二维位移传感器。对于基于磁场的二维位移传感器,虽然结构简单,但是安装比较繁琐且往往精度不高,对于光栅位移传感器,不管怎么优化外围设计,始终面临光栅尺的栅格线刻划问题,即栅格线刻划的精密程度以及质量决定了位移测量的精度。时栅位移传感方法正是在这样的大环境下应运而生,它不依赖于精密刻线,不易受外界环境影响,并且前期的基于交变电场的一维时栅位移传感器已经到了面向量产的阶段,是一种较为理想的位移传感器。时栅测量原理作为一种国人提出来的原创思想,以时空转换理论为依据,经过团队30年来的不懈努力,已经发展成为一种比较成熟的传感方法。基于交变电场的一维直线位移传感器是前期团队研究的重点,现如今已经到了产业化阶段,作者以前期的研究为基础,创造性的将一维位移传感方法拓展为了二维位移传感方法,并设计制造了传感器样机。与电场式直线时栅传感器一样,在定尺上施加激励后,可以在动尺上采集到感应信号,然后通过后级电路对感应信号进行处理得到位移值。不过针对二维位移测量,依然面临两个问题:一是在电场式一维直线位移传感器的设计中,需要在一个方向上激发交变电场,在二维位移测量中,如何实现在两个方向同时激发交变电场,而又不互相干涉;二是如何将获取的感应信号解耦,从而分离得到两个方向的独立位移值。带着以上问题,开展基于平面交变电场的二维时栅位移测量方法与研究,主要研究内容有如下几点:（1）理论研究:对平面二维位移传感器的国内外研究现状进行了调研,查找了国内外相关文献,着重对光栅二维位移传感器进行了分析,并针对光栅二维位移传感器制造困难的局限性,结合前期基于交变电场的一维时栅传感器的测量原理、行波信号产生方式、位移信号处理方法等研究基础,提出了离散阵列的平面二维时栅传感模型,对该模型进行了理论数学推导,还提出了利用动尺极片之间的线性组合运算的平面二维时栅传感信号解耦方法,在理论上分析了如何通过动尺极片的组合运算实现两个方向的独立位移测量。（2）模型仿真:利用COMSOL有限元分析软件进行了仿真分析,建立了基于平面交变电场的二维时栅的三维电场仿真模型,模拟了在给定尺极片上施加了激励信号后,动尺极片移动时,动尺极片上的感应信号变化,通过解耦运算方法,验证了解耦方法的可行性,对解耦后的行波信号进行了拟合运算,计算了理论误差,分析了误差特性和误差规律。（3）实验验证:根据理论推导和仿真分析,制造了传感器样机进行了实验,验证了平面二维时栅传感模型测量方式和解耦方法的可行性,并且根据实验结果,优化了传感器结构进行了再次实验,实验结果表明,经过优化,平面二维时栅传感器的误差得到了进一步减小,最终在200mm×200mm的有效测量范围内,X方向误差达到±8μm,Y方向误差达到±8.4μm。
刘佳[4]（2020）在《微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统及关键技术研究》文中研究指明随着航天技术的迅猛发展,航天飞行器结构健康监测和智能化发展需求迫在眉睫,传统基于热敏电阻和应变片的环境监测方法已经无法满足大容量、轻重量和低功耗的星载结构健康监测的要求。光纤光栅传感技术具有抗电磁干扰、尺寸小、成本低等特点,在航天领域具有广泛的应用。针对航天应用中光纤光栅传感解调技术的微型化及低功耗等诸多技术难点,开展基于调制光栅Y分支（MG-Y）可调谐半导体光源的微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统研究。论文主要研究内容包括:1.研究了光纤布拉格光栅温度和应变传感原理及传感系统组成,为波长型解调方法提供理论基础。为了解决星载环境微型、低功耗、大容量的光纤光栅应用受限问题,分析了常用光纤布拉格光栅解调及复用技术的各种方案,确定了可应用于航天领域的基于可调谐半导体光源的解调方法。2.研究了可调谐半导体激光器的结构及控制方法,采用单片可集成、调谐速度快,解调容量大的电调谐半导体激光器为解调系统光源。在对MG-Y可调谐控制原理论述基础上,通过对构造的两种星载光纤传感解调技术分析,提出了1*N耦合器的空/波分复用可调谐光源法解调方法;通过对可调谐光源与不同谱形FBG的作用机理研究,确定了解调仪的基本参数和波长计算公式。提出了一种采用波长计的光谱测量的表征方法,构建了“波长-电流”精确对应关系研究方案,解决了多调谐节MG-Y光源的查找表的难点。3.针对多调谐节激光器光源的电流控制问题,开展了MG-Y激光器光源解调仪的微型、低功耗和高精度控制方法研究,提出了一种基于ARM的四通道FBG解调方法。利用ARM芯片控制单片集成恒流源控制系统和高精度温度控制系统,实现扫描光源的高分辨率高稳定输出;进一步分析光电采集模块响应范围,设计了宽动态范围的基于对数放大器的光电采集系统;并对系统电源、串口通信电路进行设计,研制出适用于星载环境的FBG解调仪。4.提出了基于MG-Y光源的解调软件系统方案,对ARM嵌入系统下的底层驱动软件功能进行研究,实现了“波长-电流”查找表的快速筛选和FBG反射信号的快速采集;针对传统解调算法耗费资源多、波长跳动和光源不稳定引起波长精度低问题,提出了基于嵌入式硬件系统的动态阈值-双质心算法、上位机DGA算法和基于F-P标准具的校正方法,提高了波长解调精度和稳定性,改善了测量精度,实现了低功耗、宽动态范围下的高精度解调。5.建立了FBG解调实验平台,完成了光栅解调仪性能实验验证,分别对超短FBG、保偏FBG、芯包复合FBG、FBG光栅阵列的光谱特性进行测试。针对航天领域应用需求,采用800nm飞秒脉冲激光分别制备了上述不同反射谱形的光纤光栅,并对其温度和纵向拉伸传感特性进行测试,所研制的解调仪实现了对波长漂移的精确解调。本论文开展了可调谐扫描光源法的FBG波长解调技术研究,研制了基于MG-Y可调谐半导体光源的微型低功耗光纤光栅解调仪。通过对不同反射谱形飞秒刻写光纤光栅传感特性进行测试,满足了微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统要求。为解决航天结构健康检测的安全、高效、智能感知提供了新的技术手段。
崔小强[5]（2019）在《电容式绝对编码角位移传感器的研究》文中研究指明超高自动化生产对传感器的集成化、小型化以及高精密化的要求越来越高,电容角位移传感器不仅结构简单,而且能实现高分辨率,高精度,高稳定性,易于集成化。因此被广泛应用于各类精密检测系统中,被认为是最具市场前景的传感器。但电容角位移传感器的寄生电容和电场边缘效应严重影响信号的线性度和测量精度,传统的解算电路复杂,电子细分程序冗长,响应速度慢。国内大多数的学者在处理此问题时,总是从模型优化,电子细分方面入手。虽获得一定的精度成效,但是总体加重处理器的工作效率,加大处理器的功耗和解算时间。在高速解算系统中,不易采取。因此本文针对电容角位移传感器所存在的缺陷,设计一种电容式绝对角位移传感器,其对电容传感器的发展具有重要意义。本文鉴于旋转变压器工作原理,建立理论数学模型,实现幅度调制、跟踪闭环的电容式绝对角位移传感器。机械结构提出三层极板分布,发射电极和接收电极分布两定极板上,实现接收信号的稳定性。为减小传感器尺寸,不采用反射极板,动板采用正余弦曲线外形尺寸,使输出信号具有良好的正弦性。通过Maxwell电磁仿真,得到电容式绝对角位移传感器结构最优设计参数;为降低解算电路的复杂程度,提出粗机解算信号和精机解算信号通过开关选通芯片,通过共用一套检波电路,实现粗、精基波和高频信号的频谱分离;信号细分采用正反切细分和四倍频细分相结合,利用游标细分原理对信号进行二次细分,巧妙避开复杂的电子细分电路,实现更高测量精度和分辨率。数字电路采用可编程逻辑器件CPLD和数字信号处理器DSP双处理器,实现高效率的计算速度。
王伟[6]（2019）在《寄生式时栅位移传感器的行波信号优化方法及其实验研究》文中研究说明位移测量是数控机床、精密加工设备、国防武器装备的关键技术,是衡量一个国家精密加工制造发展水平的一个重要标志。时栅技术代表着一种新的位移传感器技术,由于其制造成本低、精度高等特点,已逐渐被科研界、企业界看好。为了解决极端条件下（大型,中空,强冲击振动）回转轴系角度测量问题,衍生出一套寄生式时栅技术。本文通过方法创新与技术创新,揭示寄生式时栅测量过程中蕴含的测量误差,并对其误差进行分类与来源推导,首次将时栅位移传感器的系统误差分为了空间项误差和时间项误差,寻找出了各个误差项在感应行波信号中对应的数学表达式。对行波优化方法开展了研究,进行了方法创新,成功地提出了对极内一次误差补偿算法、对极内二次误差补偿算法和差分校准算法,针对上述算法分别展开了有针对性的实验以验证所提出方法和理论的正确性、有效性和实用性。实验结果表明它们分别有效地消除了由于漏磁通、绕线不均带来的一次误差,由安装不均带来的安装误差以及由于相位非正交和幅度不均带来的二次误差。这大大地改善了寄生式时栅的误差分布特性,为后期的自修正工作带来了很大的便利。本文的研究内容如下:（1）对寄生式时栅位移传感器的误差进行了基于感应信号的理论分析。其误差包含了对极内一次误差项,对极内二次误差项,对极内的奇数次误差项以及整周齿不均误差项。揭示了其蕴含的数学含义并对电行波信号进行建模,建立了电行波信号与误差项的对应关系。该研究为后面的行波波形优化方法提供了理论基础。（2）提出了对极内一次误差消除算法。该算法由对径补偿算法和三参数拟合算法组成,有效地减少了由于漏磁通、绕线不均,寄生电容带来的对极内的一次谐波误差。首先研究了一次谐波误差产生的原因,建立了一次谐波误差在感应信号中的数学模型,通过最小二乘法拟合出对径位置的行波信号表达式。联立对径位置处的行波信号,并建立状态方程,求解出行波信号中含有的残留电压的幅度、相位、偏置三个参数。实验表明了该算法的准确性,有效性与实用性。（3）提出了对极内二次误差消除算法。该算法能有效地减少二次误差项。因为不对称性的存在,系统不可避免的会出现幅度不均、相位非正交等情况,这会导致输出角度的二次谐波误差。该算法对测量过程进行空间映射,建立一套空间轴与时间轴的坐标系。利用两轴特性进行误差补偿,实验数据表明,该算法能有效地抑制励磁信号幅度不均导致的二次误差。（4）提出了解决安装误差的校准算法。通过对信号特征分析（三角函数的差分结果为其自身的初相位相移90°）,然后构造信号进行差分的条件:让被测件以低速缓慢移动,精准地采样每个周期的信号,然后前后周期信号进行差分运算。以其输出作为传感器的理想输出信号,寻找相距180°的任意两点并建立特征方程进行安装误差的修正。理论与实验表明,该算法不仅有效地消除了由于安装误差引起的一次误差,而且很大程度的抑制误差中的高频次谐波成分,部分消除了由于安装误差导致的二次误差。（5）重新设计了一套全新的数字化解算系统,该系统具有小型化、集成度高、成本低等特点。对寄生式时栅位移传感器误差项进行分析并寻找到与感应信号的映射关系,提出了能压制误差的补偿算法等基础后,开发了一套完整的数字化解算系统。该系统提供了一套通用的传感器解决方法,包括了激励信号的产生,感应信号的获取与预处理,传感器角度的实时输出。该软件集成了本文从提出的所有理论与方法,并已经在寄生式时栅角位移传感器上开始应用。
施立恒[7]（2019）在《激光自混合光栅干涉微纳米传感技术的研究》文中研究说明当激光被外部目标反射或衍射并反馈回激光器时,会调制激光器的输出特性,这一现象被称为激光自混合干涉。随着激光自混合干涉技术的成熟,各种新型激光自混合传感系统被开发出来。激光自混合干涉系统具有和传统双光束干涉系统相当的条纹分辨率,且激光器兼具输入和输出功能,具有极高的灵敏度且系统结构简单紧凑,在许多领域可取代传统激光干涉仪。而本文提出的激光自混合光栅干涉将光栅衍射光反馈回激光器,获得的自混合信号以光栅栅距为测量基准,受环境因素影响更小。论文分析了激光自混合光栅干涉的理论模型,并设计了几个微纳米位移传感系统。论文的主要工作如下:提出了用于测量光栅的一维位移的多重衍射激光自混合光栅干涉系统。基于傅里叶光学理论和三镜腔模型,对激光自混合光栅干涉的理论模型进行了分析,得到了自混合干涉条纹和目标沿光栅矢量方向位移的关系。设计了多重衍射光路,使自混合干涉条纹分辨率得到成倍提升。在实验中引入正弦相位调制和正交解调算法实现了一维微位移重构,五重衍射下的系统测量精度达到纳米级。提出了可以同时进行面内-面外二维位移测量的正交偏振激光自混合光栅干涉系统。分析了当光栅发生面内-面外二维位移时对反馈光的影响,设计了利用不同衍射级数光反馈实现同时解调二维位移的方案。基于Lamb半经典理论,推导了双折射双频He-Ne激光器在弱反馈近似下的输出功率模型。使不同反馈光之间偏振正交,避免了不同反馈光路间的信息混叠;基于频分复用的正弦相位调制技术,在频域实现对不同反馈光信息的分离,因此实际探测时只需要一个光电探测器。实验中令二维压电纳米定位台做不同李萨如图运动,二维位移重构结果表明系统精度在亚微米级,且面外位移不会对光路结构产生影响。提出了多重反馈环型腔光纤激光自混合干涉系统。基于Dragic的环型腔掺铒光纤激光器模型和等效反射率理论,建立了环型腔掺铒光纤激光自混合干涉模型,通过引入额外的环形器实现多重反馈,使自混合干涉条纹密度提升了一倍。分析了光准直器表面反射对自混合干涉条纹形状的影响,并通过实验调节外腔损耗加以验证。基于短时傅里叶变换,实现对信号的时频分析,并提出了双峰值频率识别算法提取信号的时域多普勒频率。实验使用伺服电机平移台作为测速标定,在要求更高精度的场合替换为压电陶瓷促动器,结果表明该系统的可靠性高,速度测量精度优于0.1mm/s。
于治成[8]（2019）在《高精度绝对式圆时栅传感理论与关键技术研究》文中进行了进一步梳理超精密传感技术是现代装备制造的核心技术,也是国家科技与工业竞争力的主要标志之一。目前高端数控机床、工业机器人、新型武器系统和精密计量检测等领域的位移传感器基本采用进口的高精度绝对式光栅作为位置检测装置,由于编码、工艺及技术的复杂性,高精度绝对式光栅一直被认为是精密测量领域的尖端技术,国内没有研发和制造能力,至今市场没有对应的国产高精度绝对式光栅产品,全部依赖进口,这种情况直接危及我国的经济发展和国防安全。基于此,本文延续前期时栅传感器的研究基础,在国家自然科学基金的资助下开展了高精度绝对式圆时栅的测量技术的研究工作。主要研究内容和创新点如下:1)结合时栅测量原理,创新运动参考系的实现方式,利用正交变化的电场构建运动参考坐标系,提出了双圈结构和单圈结构两种电场式圆时栅位移传感器的具体实现方案。在此基础上,基于单圈结构的电场式圆时栅采用游标法提出一种差级结构的绝对式圆时栅,在保证高精度测量的同时实现了传感器的绝对定位功能。此外,在单圈结构的电场式圆时栅传感器基础上首次提出了一种基于三级再调制原理的小型化绝对式圆时栅位移传感新方法,通过测量原理的创新和巧妙的结构设计,利用多传感器级联技术解决了空间尺寸受限情况下的高精度高分辨力绝对式精密位移测量问题。2)根据电场式圆时栅测量原理,建立了电场式圆时栅测量误差理论模型。从信号的产生机理出发,详细分析了信号幅值不等、相位非正交和存在谐波成分时传感器测量误差的变化规律,其中,四路幅值不等会引入对极内的直流分量,一次谐波和二次谐波误差;四路空间信相位非正交会引入对极内的直流分量和二次谐波误差;两路驻波信号中的三次和五次谐波成分会引入对极内的四次谐波误差。此外,详细分析了安装误差对传感器测量精度的影响,由于传感器采用多测头结构,传感器测量精度对安装误差不敏感。误差理论的建立为优化传感结构提供了理论支撑,是传感器得以实现高精度位移测量的重要理论保证。3)通过有限元分析软件建立了电场式圆时栅位移传感器的仿真模型,对不同结构传感器的电场特性进行了详细分析,主要包括:两路电极不一致的电场特性研究,两路电极之间的电场干扰研究和由电场特性引入的谐波成分研究,通过仿真结果分析了误差变化规律及产生原因;针对空间谐波成分提出了一种偏置移相补偿法,并通过仿真对其进行了验证。4)开展了传感器的实验研究工作,搭建了超精密实验系统平台,研制了多种不同结构的传感器样机,并对其进行了性能测试,验证了理论分析的正确性和结构优化的有效性。实验结果表明,直径为305mm的单圈结构的电场式圆时栅经优化后通过自准直仪和23面棱体检定测量精度为±0.09",直径为250mm的差级绝对式圆时栅测量原始误差为±0.4",直径为57mm的小型化绝对式圆时栅测量原始误差为±25"。综上所述,本文通过理论分析、模型仿真和实验验证相互结合的方式,建立了电场式圆时栅理论体系和结构设计方法。实验结果表明,所研制的传感器测量精度已达到国际先进水平,传感器采用标准PCB工艺制作而成,传感器结构简单,制造成本低,非常容易实现批量化生产,为进一步产业化打下坚实基础。
林存宝[9]（2016）在《外差干涉纳米级光栅位移测量系统关键技术研究》文中指出高精度位移测量作为现代制造业与信息产业领域的关键技术,对国家经济发展与科技进步具有重要意义。本文以实现大量程、高精度、高稳定性位移测量为目标,将外差探测与光栅测量技术相结合,研制了一维和二维两套外差干涉光栅位移测量系统,并对二者进行了较为详尽的理论分析与实验研究,主要创新性工作归纳如下:1.改进了课题组之前提出的对称式高对比度一维外差干涉光栅位移测量系统。通过采用较短栅距的计量光栅与精心选取半波片放置位置,使得改进后的系统相比之前具有更短的光学信号周期,更高的测量信号信噪比,以及更强的外界干扰抑制能力。研制了新的一维位移测量系统,开展了小量程下的阶梯、方波、正弦波运动轨迹测试实验,大量程下的往返运动轨迹测试实验,以及系统静态下的稳定性测试实验。实验结果表明本文所研制的一维外差干涉光栅位移测量系统位移分辨率为0.21 nm、小量程重复性为0.25 nm、10分钟下的系统稳定性为±1.5 nm、10 mm往返运动下的标准偏差为24.67 nm,达到了纳米级位移测量精度水平。2.提出了一种基于对角线衍射级次的二维外差干涉光栅位移测量方法。通过采用（7）?1,?1（8）级衍射光进行位移测量,配合为其专门设计的二维交叉光栅,使得系统能够同时获得高条纹对比度、高信号信噪比与高光学细分倍数的“三高”特性。研制了相应的二维位移测量系统,开展了线性位移下的阶梯、方波、正弦波、三角波运动轨迹测试实验,平面位移下的圆形、八边形、正方形运动轨迹测试实验,以及系统静态下的稳定性测试实验。实验结果表明本文所提出的二维外差干涉光栅位移测量系统X与Y方向的位移分辨率均为0.13 nm、小量程重复性分别为2.16nm与2.52 nm、10分钟下的系统稳定性分别为±4 nm和±6.5 nm,且可以有效实现X与Y方向的直线度误差测量。3.提出了一种基于平面交叉矩形结构的二维单层计量光栅。通过巧妙设计二维光栅表面周期结构,使得其对TE与TM偏振具有相同的衍射效率,保证了高对比度、高信噪比与高光学细分外差干涉信号的获得。利用傅里叶光学理论、菲涅尔-基尔霍夫衍射积分、严格耦合波理论对所提出的二维单层交叉光栅进行了参数优化,结果显示其在光栅栅距为1μm、占空比为0.5、归一化深度为0.3时可以实现对TE与TM偏振高达18.32%的衍射效率。与此同时,利用传统掩膜光刻方法制作了光栅栅距为4μm的二维单层交叉光栅,并对其衍射特性进行了实验测试。测试结果显示其衍射特性与理论分析具有很好的一致性,由此证明了所提出二维单层交叉光栅在光学计量应用中的有效性。4.提出了一种基于堆叠交叉矩形结构的二维双层计量光栅。通过综合考虑二维光栅衍射特性与制作工艺,令其在保持“三高”特性的同时,可由两个具有相同凹槽深度的一维光栅垂直叠加而成,从而便于短周期光栅结构的制作。利用傅里叶光学理论与严格耦合波理论对其衍射特性进行了分析,结果显示其与二维单层交叉光栅具有相似的衍射特性,在光栅栅距为1.2μm、占空比为0.3、归一化深度为0.31时可实现对TE与TM偏振17.41%的衍射效率。与此同时,提出了一种将全息光刻与曝光-刻蚀-曝光-刻蚀双重图形技术相结合的双层光栅制作方法,制作了光栅栅距为2μm的二维双层交叉光栅,并将其实际衍射特性与理论分析进行了测试对比,结果表明二者具有较好的一致性。5.建立了二维光栅位移测量系统几何误差通用数学模型。通过综合考虑二维光栅制作与装配非理想对系统性能的影响,以本文所提出的垂直入射对称出射二维光学系统为研究对象,通过对比一次衍射和二次衍射下的不同光路结构,建立了包含二维光栅横滚角、俯仰角、偏航角、非正交角在内的几何误差通用数学模型。研究结果表明二维光栅制作与装配非理想主要会导致系统余弦误差和耦合误差的产生,且耦合误差要明显严重于余弦误差,是系统几何误差的主要构成成分。与此同时,余弦误差与耦合误差都与系统所用衍射级次、衍射次数和光学细分倍数无关,只与各误差角与被测位移有关。研究结果对二维光栅位移测量系统的装配集成与误差评估和补偿具有一定的指导意义。6.提出了一种将自标定与比较式标定相结合的二维系统几何误差补偿方法。通过深入研究二维光栅位移测量系统几何误差的规律特点,采用自标定与比较式标定相结合的方法,建立光栅测量位移值、平移台运动位移值、理想正交位移值三者之间函数映射关系,通过平移台自身运动与线性激光干涉仪相互配合实现对系统几何误差的有效补偿。利用包含直线、斜线和曲线位移的三角形与圆形运动轨迹在各种误差干扰下对其进行了仿真分析,并利用线性往返运动对其进行了实验验证。结果表明本文所提出几何误差补偿方法能够有效补偿二维光栅位移测量系统的几何误差。
崔建军[10]（2014）在《基于Fabry-Perot干涉与原子晶格间距的微位移计量及溯源研究》文中研究指明微位移通常是指位移范围仅为至几毫米甚至几微米,而测量准确度则达到纳米亚纳米级。微位移测量方法很多,这些测量方法的准确性检验需要高精度的计量和溯源。随着纳米技术的发展,越来越多的高精度位移传感器需要计量,这对微位移计量技术提出了更高要求,目前位移计量主要采用迈克尔逊式激光干涉法,由于此类激光干涉法通常具有至少几个纳米的非线性误差,其测量精度难再提高。本论文针对当前纳米位移传感器校准和纳米测量仪器的微位移参量校准这两类典型的微位移计量需求,分别从溯源途径和计量方法方面进行了研究。首先,研究和设计了测量范围较大、可直接溯源至激光波长且无非线性误差的拍频Fabry-Perot激光干涉仪,并采用数字化锁相放大、程控式激光频率调谐和纳米定位等技术,使之突破了干涉腔自由光谱范围的限制,使其位移测量范围扩展至36μm,实验结果的测量不确定度优于3.5nm（k=2）,使之能够用于纳米位移传感器计量。其次,针对不便于使用激光干涉法进行直接计量的纳米级测量仪器的微位移参量,提出采用X射线和原子晶格间距作为几何量溯源的过程媒介,先实现纳米薄膜厚度的高精度计量,然后研制台阶状纳米薄膜厚度片,用于实现纳米级测量仪器的微位移参量的量值溯源和量值统一,特别是纳米薄膜厚度的不确定度最高达到亚纳米级,为我国纳米计量标准体系在溯源精度上再获得跨越式提高。论文的主要内容和创新点如下:1.由于激光频率连续调谐范围的限制,拍频Fabry-Perot激光干涉仪的测量范围通常仅有几百纳米,所以只能用于干涉仪非线性测量。本论文基于激光测频、稳频、锁频、调频、换模等技术,提出了一种技术方法可以快速有效的扩展其测量范围,并建立了一套测量实验装置,实验证明它能够应用于纳米级准确度的微位移计量。2.建立和实现基于X射线波长和原子晶格间距的长度溯源途径,并提出一种采用X射线反射法测量纳米薄膜厚度的不确定度分析方法,建立了国家纳米薄膜厚度计量标准装置,其不确定度达到:U=0.3nm+1.5%H（k=2）,H为厚度。3.研制了台阶状的纳米薄膜厚度标准片,通过它实现了扫描探针显微镜、激光共焦显微镜、轮廓仪等多种不同测量原理的纳米测量仪器的纵向位移的量值溯源和量值统一。
二、The Transplant of Technology of Capacitive Displacement Transducer to Phase Modulation Grating-the Research of the Grating with nm Measuring Resolution（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、The Transplant of Technology of Capacitive Displacement Transducer to Phase Modulation Grating-the Research of the Grating with nm Measuring Resolution（论文提纲范文）
（1）基于特种光纤光栅的新型振动传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光纤传感概述 |
| 1.3 光纤振动加速度传感技术的发展 |
| 1.4 光纤布拉格光栅振动加速度传感技术的国内外研究现状 |
| 1.5 论文研究意义与主要研究内容 |
| 第二章 光纤布拉格光栅传感理论及传感器工作原理 |
| 2.1 光纤光栅刻写技术 |
| 2.2 光纤布拉格光栅结构与传感原理 |
| 2.2.1 光纤布拉格光栅结构 |
| 2.2.2 应变传感原理 |
| 2.3 微纳光纤光栅传感理论 |
| 2.4 振动传感器力学模型 |
| 2.5 传感器工作原理 |
| 2.5.1 横向放大机制 |
| 2.5.2 多芯光纤光栅振动方向检测理论 |
| 2.5.3 长悬芯力学模型 |
| 2.6 光纤布拉格光栅解调技术 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 光纤内集成的微纳光纤布拉格光栅振动传感器 |
| 3.1 传感器结构设计与工作原理 |
| 3.2 传感器制作工艺 |
| 3.2.1 预刻蚀步骤 |
| 3.2.2 刻蚀优化过程 |
| 3.3 振动测试及结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 横向力放大多芯光纤FBG振动传感器 |
| 4.1 传感器结构设计与工作原理 |
| 4.2 传感器静态特性测试分析 |
| 4.3 传感器振动测试实验与动态特性分析 |
| 4.3.1 实验系统搭建 |
| 4.3.2 振动测试及结果分析 |
| 4.3.3 方向性响应分析 |
| 4.3.4 轴向力响应与横向力响应分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
（2）表面等离子体共振传感器增敏机理及优化设计研究（论文提纲范文）
| 作者简历 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 表面等离子体共振传感器增敏机制研究现状 |
| 1.2.2 古斯-汉欣位移研究现状 |
| 1.2.3 表面等离子体共振传感器优化方法研究现状 |
| 1.2.4 光学反射调制器研究现状 |
| 1.3 当前存在问题及分析 |
| 1.4 主要研究内容和章节安排 |
| 第二章 表面等离子体共振传感器基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 表面等离子体共振传感理论与计算方法 |
| 2.2.1 表面等离子体共振基本原理及产生条件 |
| 2.2.2 表面等离子体共振的激发方式 |
| 2.2.3 传递矩阵法与菲涅耳方程 |
| 2.3 表面等离子体共振传感器检测方式 |
| 2.3.1 角度调制型 |
| 2.3.2 波长调制型 |
| 2.3.3 相位调制型 |
| 2.3.4 古斯-汉欣位移 |
| 2.4 新材料在表面等离子体共振传感器中的应用 |
| 2.4.1 氧化铟锡 |
| 2.4.2 二维材料 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于新材料的表面等离子体共振传感结构设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 过渡金属硫化物-石墨烯杂化结构设计 |
| 3.2.1 角度灵敏度分析 |
| 3.2.2 相位灵敏度分析 |
| 3.3 蓝磷稀/过渡金属硫化物-石墨烯杂化结构设计 |
| 3.3.1 角度灵敏度分析 |
| 3.3.2 相位灵敏度分析 |
| 3.4 性能对比 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于适应度正序淘汰机制的粒子群优化算法的表面等离子体共振传感器增敏优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于适应度正序淘汰机制的粒子群优化算法 |
| 4.2.1 适应度正序淘汰机制 |
| 4.2.2 自适应动态惯性权重 |
| 4.2.3 异步学习因子 |
| 4.2.4 粒子杂交 |
| 4.3 基于适应度正序淘汰机制的粒子群算法的传感增敏优化 |
| 4.3.1 过渡金属硫化物-石墨烯杂化结构优化 |
| 4.3.2 气体传感器优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于混沌映射的差分演化算法的古斯-汉欣位移优化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 过渡金属硫化物-石墨烯杂化结构中的古斯-汉欣位移 |
| 5.2.1 古斯-汉欣位移分析 |
| 5.2.2 灵敏度分析 |
| 5.3 蓝磷稀/过渡金属硫化物-石墨烯杂化结构古斯-汉欣位移 |
| 5.3.1 古斯-汉欣位移分析 |
| 5.3.2 灵敏度分析 |
| 5.4 对比分析 |
| 5.5 基于混沌映射的差分演化算法的古斯-汉欣位移优化 |
| 5.5.1 基于混沌映射的差分演化算法 |
| 5.5.2 古斯-汉欣位移优化 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 基于介电常数趋零效应的表面等离子体共振宽带反射型电光调制器 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基于介电常数趋零的表面等离子体共振光反射调制器结构设计 |
| 6.3 宽带光反射调制器性能分析 |
| 6.3.1 调制深度和插入损耗 |
| 6.3.2 载流子浓度对调制性能影响 |
| 6.3.3 硅层的厚度对调制性能影响 |
| 6.3.4 波长对调制性能影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（3）基于平面交变电场的二维纳米时栅位移测量方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 本文的研究背景、来源和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 基于光学原理的二维位移测量技术 |
| 1.2.2 基于磁场原理的二维位移传感技术 |
| 1.2.3 基于电容原理的二维位移传感技术 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 2 二维时栅传感原理 |
| 2.1 时栅传感器中的时空转换理论 |
| 2.2 电场式一维纳米时栅传感原理 |
| 2.3 电场式二维时栅传感原理 |
| 2.3.1 平面二维时栅测量模型 |
| 2.3.2 感应信号分析 |
| 2.3.3 信号解耦方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 电场仿真及误差分析 |
| 3.1 交变电场的仿真 |
| 3.2 行波信号和解耦运算仿真 |
| 3.2.1 行波信号仿真 |
| 3.2.2 解耦运算方法仿真 |
| 3.3 行波误差分析 |
| 3.4 解耦误差分析 |
| 3.5 电场屏蔽仿真分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 平面二维时栅实验系统及平台 |
| 4.1 实验系统的设计 |
| 4.1.1 硬件电路设计 |
| 4.1.2 数据采集上位机设计 |
| 4.2 实验平台的搭建 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 实验验证与传感器结构参数优化 |
| 5.1 二维时栅传感器样机实验 |
| 5.2 二维时栅传感器优化实验 |
| 5.2.1 极片形状优化实验 |
| 5.2.2 信号屏蔽优化实验 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果 |
（4）微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统及关键技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 光纤光栅传感在航天监测领域的发展 |
| 1.2.2 光纤光栅解调系统在航天领域的应用需求 |
| 1.3 光纤光栅传感技术 |
| 1.3.1 光纤光栅耦合模理论 |
| 1.3.2 光纤布拉格光栅传感原理 |
| 1.3.3 光纤布拉格传感系统组成 |
| 1.4 光纤光栅传感解调技术 |
| 1.4.1 光纤光栅传感解调技术 |
| 1.4.2 FBG复用技术 |
| 1.5 论文研究内容 |
| 第二章 基于MG-Y可调谐光源技术研究 |
| 2.1 可调谐半导体光源 |
| 2.2 MG-Y型 DBR激光器 |
| 2.2.1 激光器工作原理 |
| 2.2.2 激光器调谐控制设计 |
| 2.3 基于TLS的 FBG波长解调原理 |
| 2.3.1 基于MG-Y光源的光纤传感系统研究 |
| 2.3.2 波长解调原理 |
| 2.3.3 “波长-电流”精确对应关系 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于ARM的扫描式解调技术研究 |
| 3.1 基于ARM的 FBG微型解调系统 |
| 3.2 解调系统恒流源控制方法 |
| 3.2.1 TLS的电流驱动原理 |
| 3.2.2 单片集成恒流源控制方法实现 |
| 3.3 解调系统温度控制方法 |
| 3.3.1 TLS的温度控制方法 |
| 3.3.2 温度控制系统实现 |
| 3.4 解调系统光电检测技术研究 |
| 3.4.1 FBG光电检测原理 |
| 3.4.2 基于对数放大器的检测电路功能实现 |
| 3.5 供电系统及串口通信 |
| 3.5.1 电源电路实现 |
| 3.5.2 串口通信电路实现 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于MG-Y微型解调仪的光纤光栅解调算法 |
| 4.1 基于MG-Y光源的光纤光栅解调仪软件架构 |
| 4.2 基于ARM的底层软件实现 |
| 4.2.1 底层驱动软件流程 |
| 4.2.2 查找表筛选实现 |
| 4.3 基于MG-Y解调仪FBG解调算法 |
| 4.3.1 波长寻峰算法研究 |
| 4.3.2 基于MG-Y解调仪FBG解调仿真及算法对比分析 |
| 4.3.3 基于LABVIEW的 FBG解调系统实现 |
| 4.4 解调仪的性能测试及标定实验 |
| 4.4.1 PD动态范围测试及分析 |
| 4.4.2 解调仪波长标定实验 |
| 4.4.3 解调仪的性能测试及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 星载光纤光栅传感解调系统实验研究 |
| 5.1 基于MG-Y光源解调仪的USFBG的拉伸实验及分析 |
| 5.1.1 飞秒激光逐点法制备USFBG |
| 5.1.2 USFBG应变传感特性分析 |
| 5.2 基于MG-Y光源解调仪的芯包复合FBG的温度实验及分析 |
| 5.2.1 飞秒激光逐线法制备芯包复合FBG |
| 5.2.2 芯包复合FBG温度传感特性分析 |
| 5.3 基于MG-Y光源解调仪的保偏FBG的温度实验及分析 |
| 5.3.1 飞秒激光逐点法制备保偏FBG |
| 5.3.2 保偏FBG温度传感特性分析 |
| 5.4 基于MG-Y光源解调仪的级联FBG的温度实验及分析 |
| 5.4.1 飞秒激光逐点法制备FBG阵列 |
| 5.4.2 级联FBG温度传感特性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（5）电容式绝对编码角位移传感器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究目的及意义 |
| 1.2 电容传感器技术的发展现状 |
| 1.3 课题的主要研究内容 |
| 第2章 电容式角位移传感器测量原理 |
| 2.1 电容式角位移传感器测量原理 |
| 2.2 电容传感器的分类 |
| 2.2.1 直线电容传感器 |
| 2.2.2 圆形电容角位移传感器 |
| 2.2.3 筒状电容传感器 |
| 2.3 测量电路的分类 |
| 2.3.1 鉴相型电容测量系统 |
| 2.3.2 鉴幅型电容测量系统 |
| 2.4 激励信号 |
| 2.4.1 高次谐波误差分析 |
| 2.4.2 电容传感器激励信号 |
| 2.5 电容角位移传感器工作电容 |
| 2.6 电容角位移传感器检测电路 |
| 2.6.1 放大电路 |
| 2.6.2 检波电路 |
| 2.6.3 细分电路 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 游标细分的设计 |
| 3.1 游标原理 |
| 3.2 电容传感器游标细分的应用 |
| 3.3 游标细分误差分析 |
| 3.4 游标细分数据组合 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 电容角位移传感器的设计 |
| 4.1 电容角位移传感器结构设计 |
| 4.2 电容角位移传感器仿真设计 |
| 4.2.1 电容角位移传感器模型分析 |
| 4.2.2 电容角位移传感器仿真分析 |
| 4.3 电容角位移传感器电路设计 |
| 4.3.1 激励信号电路 |
| 4.3.2 信号放大电路 |
| 4.3.3 检波电路 |
| 4.3.4 增量转换电路 |
| 4.3.5 电源模块 |
| 4.4 电容角位移传感器软件设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 电容角位移传感器误差补偿及实验分析 |
| 5.1 电容角位移传感器误差分析 |
| 5.1.1 硬件误差 |
| 5.1.2 细分误差 |
| 5.2 电容角位移传感器误差补偿 |
| 5.2.1 硬件误差修正 |
| 5.2.2 细分误差补偿 |
| 5.3 实验检测平台搭建 |
| 5.4 实验结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得成果 |
| 致谢 |
| 长春理工大学学位论文修改说明 |
（6）寄生式时栅位移传感器的行波信号优化方法及其实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究的背景及意义 |
| 1.2 典型角位移传感器的信号补偿方法研究现状 |
| 1.2.1 光栅及相关方法 |
| 1.2.2 磁栅及精度提高方法 |
| 1.2.3 旋转变压器及精度提高方法 |
| 1.2.4 时栅传感器的研究现状 |
| 1.3 本课题研究内容 |
| 第2章 时栅原理与寄生式时栅测量方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 时栅测量模型 |
| 2.3 行波构建运动的坐标系 |
| 2.3.1 磁场时栅的行波 |
| 2.3.2 电场时栅的行波 |
| 2.3.3 光场时栅的行波 |
| 2.4 寄生式时栅位移传感器测量方法 |
| 2.4.1 寄生式时栅的传感单元 |
| 2.4.2 寄生式时栅的主体结构 |
| 2.4.3 寄生式时栅的测量原理 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 寄生式时栅的误差分析与信号波形重构 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 时间项误差分布特性 |
| 3.2.1 对极内一次谐波误差 |
| 3.2.2 对极内二次谐波误差 |
| 3.2.3 对极内奇数次谐波误差 |
| 3.3 空间项误差分布特性 |
| 3.3.1 安装偏心一次谐波误差 |
| 3.3.2 椭圆二次谐波误差 |
| 3.3.3 节距高频次谐波误差 |
| 3.4 波形重构 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于行波优化的误差分离新方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 一次谐波误差消除算法 |
| 4.2.1 三参数拟合 |
| 4.2.2 对径补偿法 |
| 4.3 二次谐波误差消除算法 |
| 4.3.1 时栅位移传感器动态数学几何轴 |
| 4.3.2 同步补偿算法 |
| 4.3.3 算法仿真验证 |
| 4.4 安装位置误差自补偿算法 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 面向寄生式时栅的角度解算系统设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 相位数字化解算理论 |
| 5.2.1 函数相关分析法 |
| 5.2.2 基于FFT的频谱分析法 |
| 5.2.3 基于AP-FFT的频谱分析法 |
| 5.3 改进的CORDIC算法 |
| 5.4 解算系统的硬件电路 |
| 5.5 软件设计 |
| 5.5.1 数据采集软件设计 |
| 5.5.2 误差分析软件设计 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 解算系统性能实验验证 |
| 6.2.1 波形验证 |
| 6.2.2 线性度验证 |
| 6.2.3 动态响应验证 |
| 6.2.4 稳定性验证 |
| 6.3 对极内一次误差优化实验 |
| 6.3.1 残留电压分析实验 |
| 6.3.2 一次误差消除实验 |
| 6.4 对极内二次误差优化实验 |
| 6.4.1 幅度不均实验 |
| 6.4.2 空间不正交实验 |
| 6.5 安装误差优化实验 |
| 6.5.1 光栅为基准的消除实验 |
| 6.5.2 自基准的消除实验 |
| 6.6 整周误差分析实验 |
| 6.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间所发表的学术成果 |
| 致谢 |
（7）激光自混合光栅干涉微纳米传感技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 激光传感技术的特点及发展 |
| 1.2 激光自混合干涉技术现状 |
| 1.3 课题来源 |
| 1.4 本文研究意义及主要研究内容 |
| 1.4.1 本论文的研究意义 |
| 1.4.2 本论文的主要内容 |
| 第2章 激光自混合光栅干涉一维位移测量系统设计及实现 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 激光自混合光栅干涉基本模型及理论分析 |
| 2.2.1 全息光栅衍射光的附加相移 |
| 2.2.2 激光自混合光栅干涉效应理论分析 |
| 2.2.3 多重衍射设计 |
| 2.3 正弦相位调制解调原理 |
| 2.4 位移测量实验 |
| 2.4.1 实验装置 |
| 2.4.2 实验结果 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 正交偏振激光自混合光栅干涉二维位移测量系统设计及实现 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 双折射双频He-Ne激光器自混合干涉理论 |
| 3.3 激光自混合光栅干涉二维位移测量方法 |
| 3.4 正交偏振模反馈相位还原方法 |
| 3.5 二维李萨如图位移实验 |
| 3.5.1 实验装置 |
| 3.5.2 实验结果 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 环形腔光纤激光自混合干涉多普勒测速系统设计及实现 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 环型腔光纤激光自混合干涉模型 |
| 4.2.1 环型腔掺铒光纤激光器原理 |
| 4.2.2 自混合干涉模型 |
| 4.3 对激光自混合多普勒信号的时频分析 |
| 4.4 实验结果 |
| 4.4.1 实验装置 |
| 4.4.2 实验结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 在读期间发表的学术论文及研究成果 |
| 致谢 |
（8）高精度绝对式圆时栅传感理论与关键技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 本课题的研究背景和研究意义 |
| 1.2 光栅位移传感器研究现状与分析 |
| 1.3 时栅位移传感器研究现状 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 2 电场式圆时栅测量原理 |
| 2.1 时栅位移传感器概述 |
| 2.2 电场式圆时栅测量原理 |
| 2.2.1 基于交变电场的运动参考系构建原理 |
| 2.2.2 双圈结构电场式圆时栅测量原理 |
| 2.2.3 单圈结构电场式圆时栅测量原理 |
| 2.3 绝对式圆时栅测量原理 |
| 2.3.1 基于游标原理的绝对式圆时栅 |
| 2.3.2 基于三级再调制原理的绝对式圆时栅 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 电场式圆时栅的误差理论 |
| 3.1 周期内谐波误差分析 |
| 3.1.1 信号传递特性与误差变化规律 |
| 3.1.2 电场特性与谐波成分分析 |
| 3.2 整周系统误差分析 |
| 3.2.1 偏心误差 |
| 3.2.2 倾斜误差 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 电场特性分析与结构优化 |
| 4.1 双圈结构的电场特性分析 |
| 4.1.1 双圈结构传感器仿真模型 |
| 4.1.2 幅值不一致电场特性仿真分析 |
| 4.1.3 串扰仿真分析 |
| 4.2 单圈结构的电场特性分析 |
| 4.2.1 单圈结构传感器仿真模型 |
| 4.2.2 单圈结构电场仿真分析 |
| 4.2.3 单路谐波成分分析 |
| 4.3 传感器结构优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 电场式圆时栅实验研究 |
| 5.1 精密实验系统 |
| 5.2 传感器性能测试实验 |
| 5.2.1 双圈结构测试结果与误差分析 |
| 5.2.2 单圈结构测试结果与误差分析 |
| 5.2.3 安装间隙与测量精度分析 |
| 5.2.4 偏置移相法谐波抑制效果实验 |
| 5.2.5 安装误差与测量精度实验分析 |
| 5.3 传感器测量误差标定 |
| 5.3.1 整周测试 |
| 5.3.2 小角度测试 |
| 5.4 基于游标原理的绝对式圆时栅实验研究 |
| 5.4.1 基于游标原理的绝对式圆时栅设计 |
| 5.4.2 对极内测量误差实验分析 |
| 5.4.3 整周测量误差实验分析 |
| 5.5 基于三级再调制原理的绝对式圆时栅实验研究 |
| 5.5.1 基于三级再调制原理绝对式圆时栅设计 |
| 5.5.2 传感器样机性能测试 |
| 5.5.3 差动传感结构绝对式圆时栅实验研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（9）外差干涉纳米级光栅位移测量系统关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.1.1 选题背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 光栅位移测量方法发展现状 |
| 1.2.1 几何莫尔技术 |
| 1.2.2 零差干涉技术 |
| 1.2.3 外差干涉技术 |
| 1.3 本文主要研究工作与内容安排 |
| 1.3.1 主要研究工作 |
| 1.3.2 本文内容安排 |
| 第二章 测量系统光路设计与原理分析 |
| 2.1 一维位移测量系统 |
| 2.1.1 光学系统优化设计 |
| 2.1.2 一维位移测量原理分析 |
| 2.2 二维位移测量系统 |
| 2.2.1 光学系统设计 |
| 2.2.2 二维位移测量原理分析 |
| 2.3 光路对称性与小型化对系统性能的影响分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 计量光栅分析设计与制作测试 |
| 3.1 一维计量光栅矢量分析与参数设计 |
| 3.2 二维单层交叉光栅分析设计与制作测试 |
| 3.2.1 标量衍射理论分析 |
| 3.2.2 严格耦合波理论分析 |
| 3.2.3 基于掩膜光刻的单层光栅制作 |
| 3.2.4 衍射特性测试实验 |
| 3.3 二维双层交叉光栅分析设计与制作测试 |
| 3.3.1 傅里叶光学理论分析 |
| 3.3.2 严格耦合波理论分析 |
| 3.3.3 基于全息光刻的双层光栅制作 |
| 3.3.4 衍射特性测试实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 测量系统研制与实验研究 |
| 4.1 外差干涉光栅位移测量系统研制 |
| 4.1.1 光学系统 |
| 4.1.2 机械系统 |
| 4.1.3 电子系统 |
| 4.1.4 测量系统集成 |
| 4.2 一维位移测量系统性能测试实验 |
| 4.2.1 小量程位移测试 |
| 4.2.2 大量程位移测试 |
| 4.2.3 稳定性测试 |
| 4.3 二维位移测量系统性能测试实验 |
| 4.3.1 线性位移测试 |
| 4.3.2 平面位移测试 |
| 4.3.3 稳定性测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 测量系统误差分析 |
| 5.1 光栅非理想误差 |
| 5.1.1 栅距准确性误差 |
| 5.1.2 表面平面度误差 |
| 5.1.3 热胀冷缩形变误差 |
| 5.2 一维系统几何误差 |
| 5.2.1 计量光栅装配误差 |
| 5.2.2 读数头装配误差 |
| 5.3 二维系统几何误差 |
| 5.3.1 计量光栅制作与装配误差 |
| 5.3.2 读数头装配误差 |
| 5.4 一维系统非线性误差 |
| 5.4.1 偏振混叠误差 |
| 5.4.2 频率混叠误差 |
| 5.4.3 偏振-频率混叠误差 |
| 5.5 二维系统非线性误差 |
| 5.5.1 偏振混叠误差 |
| 5.5.2 频率混叠误差 |
| 5.5.3 偏振-频率混叠误差 |
| 5.6 非共光程误差 |
| 5.6.1 空气折射率计算方法 |
| 5.6.2 非共光程误差实验测试 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 测量系统几何误差补偿方法研究 |
| 6.1 一维系统几何误差补偿 |
| 6.2 二维系统几何误差补偿 |
| 6.2.1 运动轴垂直度测量 |
| 6.2.2 几何误差补偿方法 |
| 6.3 不同运动路径下数值仿真 |
| 6.3.1 三角形运动路径 |
| 6.3.2 圆形运动路径 |
| 6.4 几何误差补偿实验验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本文工作总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（10）基于Fabry-Perot干涉与原子晶格间距的微位移计量及溯源研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 长度的量值溯源 |
| 1.2.1 米定义的变迁 |
| 1.2.2 长度量值的复现与溯源 |
| 1.3 迈克尔逊激光干涉仪测长的发展 |
| 1.3.1 迈克尔逊干涉仪 |
| 1.3.2 单频激光干涉仪 |
| 1.3.3 双频激光干涉仪 |
| 1.3.4 合成波长激光干涉仪 |
| 1.3.5 调频测距激光干涉仪 |
| 1.3.6 激光自混合干涉仪 |
| 1.3.7 飞秒光梳测距技术 |
| 1.4 Fabry-Perot激光干涉法微位移计量技术进展 |
| 1.5 非激光干涉法的微位移测量技术 |
| 1.5.1 电容传感器 |
| 1.5.2 光谱共焦位移传感器 |
| 1.5.3 纳米光栅尺 |
| 1.6 纳米级测量仪器的微位移参量校准 |
| 1.6.1 扫描探针显微镜 |
| 1.6.2 激光共焦扫描显微镜 |
| 1.6.3 表面轮廓仪 |
| 1.7 论文主要研究内容 |
| 第二章 拍频Fabry-Perot干涉仪位移测量技术研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 F-P激光干涉仪的光学原理 |
| 2.2.1 多光束干涉效应 |
| 2.2.2 F-P激光干涉仪位移测量原理 |
| 2.3 拍频F-P激光干涉仪的原理与装置 |
| 2.3.1 拍频F-P激光干涉位移测量装置 |
| 2.3.2 相关的技术问题 |
| 2.3.3 拍频F-P激光干涉仪微位移测量系统设计 |
| 2.4 关键技术研究 |
| 2.4.1 微位移测量范围扩展模型 |
| 2.4.2 光学系统设计 |
| 2.4.3 频率的锁定与测量 |
| 2.5 空气折射率的测量与补偿 |
| 2.5.1 关于Edlén公式 |
| 2.5.2 环境温度传感器的校准与修正 |
| 2.5.3 环境气压传感器的校准与修正 |
| 2.5.4 环境湿度传感器的测量 |
| 2.5.5 空气折射率的测量不确定度评定 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 拍频Fabry-Perot干涉仪系统性能与实验分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 位移系统的驱动与定位 |
| 3.2.1 纳米定位技术与实现方法 |
| 3.2.2 F-P干涉腔的定位控制 |
| 3.3 系统拍频的测控过程 |
| 3.3.1 激光器特性分析 |
| 3.3.2 拍频计数方法 |
| 3.3.3 频率跟踪及扫描 |
| 3.3.4 调频、稳频与换模过程分析 |
| 3.4 微位移测量实验分析 |
| 3.4.1 测量规范及数据处理方法 |
| 3.4.2 实验结果与分析 |
| 3.4.3 测量结果的不确定度评定 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 用于微位移溯源的纳米膜厚计量研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 纳米薄膜厚度的测量 |
| 4.2.1 X射线掠射法膜厚计量进展 |
| 4.2.2 X射线掠射法原理 |
| 4.2.3 膜厚测量装置 |
| 4.2.4 膜厚计算方法 |
| 4.2.5 膜厚的测量不确定度评定 |
| 4.3 纳米薄膜厚度的量值溯源 |
| 4.3.1 角度校准与溯源 |
| 4.3.2 X射线波长的溯源 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于纳米台阶膜厚的微位移溯源 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 纳米薄膜厚度片的研制 |
| 5.2.1 国内外技术进展 |
| 5.2.2 膜厚标准片的设计和研制 |
| 5.2.3 膜厚标准片的测量实验 |
| 5.3 纳米测量仪器纵向位移精度验证 |
| 5.3.1 扫描探针显微镜纵向位移校准 |
| 5.3.2 共焦扫描显微镜纵向位移校准 |
| 5.4 椭偏仪的溯源与校准 |
| 5.4.1 椭偏仪的光学原理及装置 |
| 5.4.2 系统装置与实验过程 |
| 5.4.3 校准结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 相关工作的前景展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和科研情况说明 |
| 致谢 |
四、The Transplant of Technology of Capacitive Displacement Transducer to Phase Modulation Grating-the Research of the Grating with nm Measuring Resolution（论文参考文献）
- [1]基于特种光纤光栅的新型振动传感器研究[D]. 苏启轩. 西北大学, 2021(12)
- [2]表面等离子体共振传感器增敏机理及优化设计研究[D]. 韩磊. 中国地质大学, 2021(02)
- [3]基于平面交变电场的二维纳米时栅位移测量方法研究[D]. 李佳豪. 重庆理工大学, 2021
- [4]微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统及关键技术研究[D]. 刘佳. 合肥工业大学, 2020(01)
- [5]电容式绝对编码角位移传感器的研究[D]. 崔小强. 长春理工大学, 2019(02)
- [6]寄生式时栅位移传感器的行波信号优化方法及其实验研究[D]. 王伟. 北京工业大学, 2019
- [7]激光自混合光栅干涉微纳米传感技术的研究[D]. 施立恒. 南京师范大学, 2019
- [8]高精度绝对式圆时栅传感理论与关键技术研究[D]. 于治成. 合肥工业大学, 2019(01)
- [9]外差干涉纳米级光栅位移测量系统关键技术研究[D]. 林存宝. 国防科学技术大学, 2016(01)
- [10]基于Fabry-Perot干涉与原子晶格间距的微位移计量及溯源研究[D]. 崔建军. 天津大学, 2014(08)