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光栅莫尔条纹干涉计量及其应用研究

【摘要】: 目前,以莫尔条纹技术为基础的光栅线性位移传感器发展十分迅速,光栅长度测量系统的分辨率达到纳米级,测量精度已达0.1um,已成为位移测量领域各工业化国家竞争的关键技术。它的应用非常广泛,几乎渗透到社会科学中的各个领域,如机床行业、计量测试部门、航空航天航海、科研教育以及国防等各个行业部门。 本文首先详细阐述了莫尔条纹的形成机理,当计量光栅为粗光栅时,莫尔条纹形成机理用遮光阴影原理解释,当计量光栅为细光栅时,则用衍射干涉原理解释。然后系统介绍了基于莫尔条纹技术的光电测量仪器的设计原理,它由光栅读数头和对莫尔条纹信号进行处理的电子学部分组成,光栅读数头包括光栅副,光电接收元件,由光源和准直镜组成的照明系统,以及必要的光阑、接收狭缝、调整机构等。最后提出了基于光栅莫尔条纹干涉计量技术的一种新的应用,即把光栅线性位移传感器应用在数字读数显微镜上,数字读数显微镜包括光学系统、控制与显示系统、CCD摄像机与显示器四部分,其中,控制与显示系统是设计的核心模块,是基于FPGA技术实现的,它包括倍频鉴相模块、可逆计数模块、显示控制和显示接口模块。 经过大量的理论研究和实践测试工作,我们已经把光栅莫尔条纹技术成功地应用在数字读数显微镜上,实现了对被测物体线性位移的精密测量,测量分辨率达到0.5um,测量精度达到±1um。设计中用CCD摄像头代替目镜可以避免传统的肉眼观察的不便。

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