随着精密机械制造、高性能半导体器件加工等领域对位移检测要求的不断提高, 对于高性能微型位移传感器件的需求日益迫切。基于微纳光栅光学自成像效应, 提出了一种双光栅结构的光学位移检测方法。研究了~6.5μm周期微纳光栅的光强空间分布, 分析了双光栅结构光强透过特性, 并在实验中实现了1mm位移范围内的正弦信号输出。通过对输出信号进行100倍电学细分, 最终实现灵敏度为64.5nm的位移检测。所提方法具有光路简单、结构紧凑、稳定性高的特点, 可用于集成化高性能微位移传感器件与系统等应用。

利用波片进行同步相位延迟,将波片与偏振分光棱镜相结合获得四路相位差为90°的正弦信号,从而将衍射光栅位移传感器的量程范围提升到激光相干长度的二分之一。对两路相位差为180°的信号进行差分处理,可有效避免激光功率抖动、背景光干扰、运放温度漂移等因素带来的影响。最后利用细分插值电路对光路的输出信号构建反正切函数,实现了正弦函数的非线性模/数转换及2.54 nm的位移分辨率。这种具有高分辨率、大量程的位移传感器未来将进一步推动自动化机械设备、电子制造业以及工业智能领域的快速发展。

随着微电子机械系统(MEMS)惯性传感器件对微位移检测精度的要求越来越高, 微位移检测技术已经成为惯性传感领域的研究热点, 亚波长光栅的出现为微位移测量提供了一个全新的发展前景。以离面型双层亚波长光栅位移传感系统为研究对象,分别研究了亚波长光栅等周期与不等周期时系统的位移传感特性, 利用Rsoft软件对2种结构中双光栅相对运动时系统透射率与光栅位移量之间的关系以及系统关键结构参数对位移检测灵敏度的影响规律进行模拟仿真, 并对2种双光栅位移传感系统进行了结构优化设计与性能仿真, 理论验证了离面型双层亚波长光栅位移传感系统结构的灵活性及方案的可行性。

随着MEMS惯性传感器件对微位移检测精度的要求越来越高, 微位移检测技术已经成为MEMS惯性传感领域的研究热点。亚波长光栅以其超高的位移检测灵敏度成为一个极具发展前景的高精度位移传感平台。利用Rsoft软件模拟分析了双层亚波长光栅共面、离面相对运动时系统零级衍射光透射率与光栅位移量之间的关系及系统关键结构参数对位移检测灵敏度的影响, 并对这两种亚波长光栅微位移传感系统进行了结构优化与性能仿真及对比, 理论验证了亚波长光栅位移检测的高灵敏度优势。

本文设计了一种由压电陶瓷驱动的应变片进行检测的平面三自由度纳米定位平台, 该平台采用的是平板铰链、直圆铰链及单边V型铰链导向的3-PRR结构。通过建立平台的伪刚体模型及对其进行位姿分析, 获得了平台的正、逆解。同时, 运用有限元分析方法对平台进行了仿真分析。搭建了3-PRR平面三自由度纳米定位平台测试实验系统对所设计平台进行试验。实验结果显示: 3-PRR平台沿x轴、y轴的行程及最大转角分别为-11.32~11.41 μm、-12.47~12.76 μm、3.63′, 对应的分辨率分别为71 nm、83 nm、1.35″。理论分析结果、有限元仿真结果与实验结果的最大误差分别为587%、6.19%, 验证了理论分析和有限元仿真的正确性。x轴及y轴的位移输出与应变片的输出电压近似呈正比关系, 证实了利用应变片来检测3-PRR平台运动的可行性。

利用反射式光纤位移传感器的工作原理,通过对反射光强信号的检测,提出了一种用于轧辊磨损度在线非接触检测的光电检测法,并重点设计了用于反射式光纤位移法检测轧辊磨损度系统的实用电路.根据轧辊磨损度测量过程的特点及精度要求,阐述和分析了传感器电路系统的原理、组成及性能.理论和实验研究表明,该电路系统工作稳定,精确度和灵敏度均可满足实际要求.此电路系统稍加改进还可适用于类似条件下用反射式光纤位移法进行测量的其他系统.