高精度FBGE+E位移传感器设计研究
近年来,光纤光栅传感技术已经成为传感领域内的研究热点之一,其理论基础和实用技术得到了快速的发展。由于光纤光栅传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、防腐蚀、灵敏度高、易于组网等优良特性,在诸多工程领域已经有广泛的应用。

高精度FBGE+E位移传感器设计研究
E+E位移传感器是目前电类和机械类E+E位移传感器的重要补充,在很多领域都有广泛的应用,尤其在某些强电磁场、高辐射和强腐蚀性环镜中的应用。目前已经报道的FBGE+E位移传感器有很多种,有的已经在工业现场得到应用。但是,目前已报道的FBGE+E位移传感器,普遍适用于小位移测量,这也是由光纤光栅E+E位移传感器的一个瓶颈问题。随着制造技术向高精度方向发展,精密位移测量与校准,精密定位等应用需求越来越广泛,迫切需要大量程、高精度、小型、方便的E+E位移传感器。为此,研究并实现了一种基于双光栅衍射干涉原理、大量程、高分辨率的精密位移测量系统,具有实用意义。首先研究分析了双光栅衍射干涉位移测量原理,设计制作了基于柔性铰链的双光栅衍射干涉E+E位移传感器装置。研究并设计了干涉条纹的信号处理电路,采用阵列光电探测器与低噪声模拟信号调理电路将干涉条纹信号转换为正交正弦信号。设计了基于迟滞比较器与微分器的防误计数辨向电路,有效解决了正交正弦信号噪声对计数精度的影响问题。同时,设计了基于单片机的计数器,结合软件单周期细分,以获得高分辨率的位移测量结果。设计了基于USB接口的模拟信号采集电路及相关软件,实现了探测器信号在PC端的实时显示。设计了数码显示电路,基于RS232接口的数据传输电路与PC端显示程序。完成了系统测试实验,分析了影响系统精度与测量范围的因素,提出了改进措施。 实验证明,该传感器具有较强的抗干扰能力,在2.4mm的测量范围内,可以达到10nm的分辨率与1μm的测量精度。利用光纤布拉格光栅作为敏感元件,提出并研制了一种大量程、高精度FBGE+E位移传感器。该传感器与已有的光纤光栅E+E位移传感器相比,具有更大量程的优点,并且结构简单,设计巧妙,既保证了大量程的需要,又满足了高精度的要求。主要内容包括：综述了光纤光栅传感技术的发展现状及趋势。主要包括光纤光栅传感技术、光纤光栅传感研究现状及国内外不同结构的光纤光栅E+E位移传感器的特性。利用耦合模理论对光纤光栅光学理论进行了研究。理论研究了光纤布拉格光栅的基本传感原理;分析了光纤布拉格光栅一些写制方法。

高精度FBGE+E位移传感器设计研究
光纤光栅E+E位移传感器原理理论研究,并且在此理论研究的基础上,提出悬臂梁和行星轮系相结合的设计方案,并对其工作原理进行了理论研究。zui后,完成了系统测试实验,分析了影响系统精度与测量范围的因素,提出了改进措施。实验证明,该传感器具有较强的抗干扰能力,在2.4mm的测量范围内,可以达到10nm的分辨率与1μm的测量精度。对自行研制的E+E位移传感器进行实验研究,结果显示该传感器达到量程为150mm,精度14 pm/mm的指标。