基于光场耦合的时栅位移传感器设计*

昌　驰, 朱　革, 付　敏, 姜林言

(重庆理工大学 机械检测技术与装备教育部工程研究中心时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054)



基于光场耦合的时栅位移传感器设计*

昌驰, 朱革, 付敏, 姜林言

(重庆理工大学 机械检测技术与装备教育部工程研究中心时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054)

摘要:为了实现制造成本低、易加工、高精度的位移测量，设计了一种光场耦合式的时栅位移传感器。介绍了利用基于交变光场的两路驻波合成电行波信号，并通过鉴相的方式实现空间位移转换的测量原理；完成了传感器的结构设计，给出了传感器的系统框图，具体分析了信号处理电路的功能。实验结果表明：光场耦合式的时栅位移传感器在108 mm范围内误差为±0.5 μm。

关键词：位移测量； 光场耦合； 行波合成； 时栅传感器； 误差曲线

0引言

随着近代工业和科学技术的迅速发展，高精度位移测量在直线伺服电机、数控系统、精密加工以及国防军工等众多领域中得到广泛的应用[1，2]，实际工程应用中常以光栅传感器和激光干涉仪为主。光栅传感器利用光电扫描原理对栅线检测实现位移测量，其测量精度取决于空间等间距栅线的制造精度，制造精度又依赖于精密的光刻技术，而光刻技术却受到了光波波长和光学衍射极限的制约[3,4]。激光干涉仪的测量精度取决于激光波长，且测量误差随测量行程的增加而增大。其对环境敏感，易受到大气温度、压力、湿度和大气湍流等因素的影响，不适合长时间的工作应用[5～7]。……