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计量圆光栅的原理、制造及检测技术研究

喻洪麟

  高精度计量圆光栅,是近代光电测角仪器和测角技术的重要基础元件。以计量圆光栅为核心部件组成的光电传感器,可将输入的机械量转换成相应的数字量,与数显装置或计算机连接构成测量、控制系统,易于实现机器及仪器的自动测量、数字测量与数字控制,其应用正向着更加广泛的领域渗透。论文首先简述了计量圆光栅技术的发展历史,在此基础上对计量圆光栅技术在角度数字测量、运动比较测量、传动轴的扭转角测量等方面的应用,计量圆光栅的制造、检测及精度评定和测量系统所涉及的关键技术以及计量圆光栅的发展动向作了综述性的分析与评论,从而引出了论文的主要研究内容,即计量圆光栅的原理、制造及检测技术研究。论文对光栅莫尔条纹形成的几何原理进行了简要介绍;对计量圆光栅莫尔条纹方程、莫尔光场和几种典型的圆光栅莫尔条纹进行了概述;对计量圆光栅及测量系统的关键问题进行了分析、比较与讨论,对计量圆光栅及测量系统的判向信号及判向电路设计进行了讨论;对圆光栅测量系统莫尔信号的光电转换以及光电转换过程中的温度漂移误差和误差补偿问题进行了分析与研究,在分析现有光电转换电路不足的同时,提出了一种结构简单、精度高、能有效进行温度漂移补偿的光电转换电路,并结合实际应用的需要,给出了应用实验的结果。论文的一项重要工作是对计量圆光栅的光刻技术进行了分析讨论。首先对计量圆光栅的光刻技术进行了综述;针对接近式光刻法在微小距离下用平行光进行光刻,会产生菲涅耳洐射图像,使刻划的光栅线纹直接受到衍射的影响,严重影响光栅质量的问题,提出了相移强度叠加光刻法的原理,从理论上对该方法的可行性进行了分析讨论。在此基础上设计研制了柱面式多透镜光刻系统,并进行了光刻实验,给出了实验结果;从零位光栅的设计原理出发,对增量式圆光栅零位栅线序列设计中的问题进行了分析讨论,提出了一种计算机零位栅线序列设计方案,大大减小了计算工作量及程序编制的复杂性,采用C语言编制零位光栅的计算程序,计算出零位栅线序列,进行了光刻实验,给出了实验结果;对用于圆光栅光刻的超微粒乳胶进行了分析讨论,包括对用于圆光栅光刻的超微粒乳胶的基本性能、特性曲线、光学传递函数、影响分辨力的因素、涂布工艺等进行了分析,针对圆光栅对超微粒乳剂涂布的特殊要求,提出了一种圆光栅超微粒乳剂动态旋转涂布方法,设计了一套超微粒乳胶涂布装置,并给出了光刻实验结果;对获得圆光栅理想环形莫尔条纹的必要条件进行了讨论,在实验的基础上,提出了刻划偏心量调试误差应控制的公差范围为土1.5m。论文还对计量光栅信号质量综合评定的方法进行了讨论。在分析用谐波分析测定法综合评定光栅信号质量的基础上,应用小波分析的方法来评定光栅信号的质量,给出了小波分析的实验结果;对计量圆光栅分度误差的检测系统和检测方法进行了研究,用重庆大学研制的QGK405型高精度光电圆刻线机,和高速大规模可编程逻辑器件XC4013E、功能强大的SST89C58单片机以及上位PC机,构建了圆光栅分度误差的准确、快捷和实时检测系统。该系统能够对圆光栅分度误差如最大直径间隔误差,直径全中误差等数据进行采集和处理、以及误差的频谱分析、自相关分析等,对一批计量圆光栅进行了误差检测,证实了该系统的正确性。论文希望通过对计量圆光栅的原理、制造及检测技术进行较为系统的分析和研究,为计量圆光栅向着更加广泛的应用领域渗透,做出微薄的努力。……   
[关键词]:计量圆光栅;原理;制造及检测技术;光电传感器
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:重庆大学2003年
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