光栅测量位移的原理

激光双光栅法测量微小位移

一、实验目的

1. 熟悉一种利用光的多普勒频移形成光拍的原理，精确测量微弱振动位移的方法。

2. 作出外力驱动音叉时的谐振曲线。 二、实验仪器

示波器,双光栅微弱振动测量仪。 三、实验原理

当移动光栅相对静止光栅运动时，若有一激光束通过这样的双光栅，便能产生光的多普勒效应。由于光频率甚高，因此必须采用“拍”的方法进行测量，即把频移和非频移的两束光互相平行叠加使之形成光拍，再通过光电检测器检测，取出差频讯号，就可以精确测定微弱振动的位移。 1.位相光栅的多普勒频移：

所谓位相物体就是指那些只有空间的相位结构，而透明度是一样的透

明体。位相物体只能改变入射光的相位，而不影响其振幅。当激光平面波垂直入射到位相光栅时，由于位相光栅上不同的光密和光疏媒质部分对光波的位相延迟作用，使入射的平面波变成出射时的摺曲波阵面，如图4- -1所示，由于衍射干涉作用，在远场，我们可以用大家熟知的光栅方程即（4--1）式来表示：

dsin??n? （4- -1） 式中d为光栅常数，?为衍射角，?为光波波

EPM7128在光栅位移测量仪中的应用

EPM7128在光栅位移测量仪中的应用

1 光栅位移传感器测量原理

将光源、两块长光栅(指示光栅和标尺光栅)、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，在条纹移动的方向上放置光电探测器，可将光信号转换为电信号，这样就可以实现位移信号到电信号的转换。 本文针对输出正弦波的传感器进行了讨论，对于输出为正弦信号的光栅尺，需要对输出信号进行整形。光栅尺的输出信号经过整形后。

将光栅尺输出的信号进行细分，然后辨向，再送入可逆计数器。由于2路信号周期同为T，相位相差90 °，光栅尺中的指示光栅每移动一个栅距，输出电信号就变化一个周期，如果能够把变化的周期数测量出来，就可以测出相对位移。

2 CPLD的选择

本设计中选择的CPLD(复杂可编程逻辑器件)是Altera公司的EPM 7128SLC84-15，它采用CMOS工艺，是一种基于EPROM的器件。该芯片有84个引脚，其中5个用于ISP(In System Programmable)下载，可以方便地对其进行在系统编程。此器件内集成了6 000门，其中典型可用门为2 500

实验13 双光栅测量微弱振动位移量实验

实验重点预习内容：

1.在实验中怎样产生光拍？

2.如何计算波形数？（画图表示）

3.如何计算微弱振动的位移振幅？写出公式并对每个量进行逐一解释。 4.如何听拍频信号?

多普勒效应：多普勒路过铁路交叉处，发现火车从远而近时汽笛音调变尖，而火车从近而远时，音调变低。提出“多普勒效应”。

拍：根据振动迭加原理，两列速度相同、振动面相同、频差较小而同方向传播的简谐波叠加即形成拍。

本实验是运用多普勒效应与拍效应对振动位移进行测量

一、实验目的

1. 理解利用光的多普勒频移形成光拍的原理； 2. 理解双光栅衍射干涉位移测量原理；

3. 应用双光栅微弱振动测量仪测量音叉振动产生的微小振幅。

二、实验仪器

双光栅微弱振动测量仪、模拟示波器、数字示波器

三、实验原理

1. 位移光栅的多普勒频移

多普勒效应是指光源、接收器、传播介质或中间反射器之间的相对运动所引起的接收器接收到的光波频率与光源频率发生的变化，由此产生的频率变化称为多普勒频移。

由于介质对光传播时有不同的相位延迟作用，对于两束相同的单色光，若初始时刻相位相同，经过相同的几何路径，但在不同折射率的介质中传播，出射时两光的位相则不相同，对于位相光

位移测量装置

1

摘要：作品根据差动变压器互感变化引起输出电压变化的原理，自制线性差动变压器(LVDT)检测外部位移量，整机由4大模块组成，分别为供电模块，正弦信号产生模块，LVDT位移检测与处理模块，单片机控制模块，另外还利用直流电机设计了闭环控制电路。作品采用MSP430作为主控中心，利用内部集成的AD对源自差动变压器的信号进行采样，经线性转换后得到位移量，并显示。测试结果表明本作品测量误差小。测量范围可达到-20mm~+20mm，测量最大绝对误差为1mm。可键盘设定磁棒位移量，驱动磁棒达到设定值，位移误差小于1mm。

关键词：差动变压器 线性 检测

一、 系统设计

本设计为位移检测装置，属于非电量测量仪器。目前对非电量的检测常常采用两种方法。一是将其转换为电量，另外一种是利用非电量自身的特性采用机械装置进行检测。本作品采用前者。

方案一:采用同轴连杆电位器，外部位移带动同轴连杆。利用电桥原理将位移量转换成电压差值信号。

方案二:采用差动变压器，改变磁棒的位移从而改变输出端的电压差值。借助位移与电压差值信号的一一对应关系来找到实际的位移值。本系统应题目要求采用方案二。基本结构图如下:

差动变压器信号调理位移显示增益切换AD直流电机

第四章 位移的测量

4.1 位移检测 位移是向量，是指物体或其某一部分的位置相对参考点在一定方向上产生的位 置变化量。 因此位移的度量除要确定其大小外，还 要确定其方向。

第四章 位移的测量一、位移测量的分类： 按被测量，位移的测量分为线位移测量和角位移测量。

按测量参数的特性，位移测量分为静态位移测量和动态位 移测量。二、位移测量注意问题： 测量方向与位移方向重合 位移是指物体上某一点在一定方向上的位置变动，是矢量。 如果测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅仅反映该 而不能真实反映需测位移的大小。 测量方向上的分量， 位移测量时，应当根据不同的测量对象，选择适当的测量 点、测量方向和测量系统。

第四章 位移的测量三、 常用的位移传感器

电阻：应变、压阻、变阻。 电感：自感：变气隙、螺线管； 互感：差动变压器； 涡流。 电容：变面积、变极距、变介电常数。 霍尔元件。 光栅、光电编码盘、磁尺、激光干涉仪。 根据环境、动态特性、量程、精度、价格等参数选择。

4.1 常用位移传感器型 式 电阻式 滑线式 线位移 角位移 变阻器 线位移 角位移 应变式 非粘贴式的 粘贴的 半导体的 测量范围 1~300 mm 0°~360

第四章 位移的测量

4.1 位移检测 位移是向量，是指物体或其某一部分的位置相对参考点在一定方向上产生的位 置变化量。 因此位移的度量除要确定其大小外，还 要确定其方向。

第四章 位移的测量一、位移测量的分类： 按被测量，位移的测量分为线位移测量和角位移测量。

按测量参数的特性，位移测量分为静态位移测量和动态位 移测量。二、位移测量注意问题： 测量方向与位移方向重合 位移是指物体上某一点在一定方向上的位置变动，是矢量。 如果测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅仅反映该 而不能真实反映需测位移的大小。 测量方向上的分量， 位移测量时，应当根据不同的测量对象，选择适当的测量 点、测量方向和测量系统。

第四章 位移的测量三、 常用的位移传感器

电阻：应变、压阻、变阻。 电感：自感：变气隙、螺线管； 互感：差动变压器； 涡流。 电容：变面积、变极距、变介电常数。 霍尔元件。 光栅、光电编码盘、磁尺、激光干涉仪。 根据环境、动态特性、量程、精度、价格等参数选择。

4.1 常用位移传感器型 式 电阻式 滑线式 线位移 角位移 变阻器 线位移 角位移 应变式 非粘贴式的 粘贴的 半导体的 测量范围 1~300 mm 0°~360

激光干涉位移测量技术

张欣（2015110034）

摘 要：为了实现纳米级以上分辨力位移的测量研究，利用激光干涉位移测量技术可以达到纳米级分辨力，其具有可溯源、分辨力高、测量速度快等特点，是目前位移测量领域的主流技术。本文对目前主要的激光干涉位移测量技术进行了分类介绍，并对各种干涉仪的特点进行了分析，最后介绍了激光干涉位移测量技术的国内外发展现状和趋势。

关键词：纳米级；激光干涉；位移测量；

1 引言

干涉测量技术( interferometry ) 是基于电磁波干涉理论，通过检测相干电磁波的图样，频率、振幅、相位等属性，将其应用于各种相关的测量技术的统称。用于实现干涉测量技术的仪器被称为干涉仪。在当今多个科研领域，干涉测量技术都发挥着重要的作用，包括天文学，光纤光学，以及各种工程测量学。其中由于上个世纪60年代激光的研制成功，使得激光干涉测量技术在各种精密工程领域得到了广泛的应用。它的基本功能是将机械位移信息变成干涉条纹的电信号，再对干涉条纹进行调理和细分，进而获得所需要的测量信息。整个激光干涉测量系统中主要的组成部分有光电转换、信号调理、信号细分处理。 1.1激光干涉仪分类

激光干涉仪是以干涉测量为原理，利用激光作为长度基准，对数控设备

实习报告

一．实习时间

X年X月X日至X年X月X日

二．实习地点

XX

三．实习目的

本次实习为期半年，是在校结束前的最后一次。本次实习的目的是，通过实习，深化我们对大专3年所学知识的认识，加深对书本知识的理解，在一定程度上使理论与实践相结合，是我们在参加工作前的一次理论强化，对我们毕业论文的制作，及日后工作中的效率，是一个铺垫。

四．实习简介

1.实习单位 XX；

2.实习工作 沉降、位移观测（包括高层建筑，护坡等） 3.所用仪器 电子水准仪对讲机、钢钉；

4.测量方法 主要以几何水准位移测量为主。沉降位移观测时，

在能表示沉降位移特征的部位设置观测点，在沉降影响范围之外埋高水准基准点，利用水准基准点和GPS坐标定位定期测量观测点高程，从而在各个观测点高程变化中了解建筑物、护坡的沉降位移情况 。

五．实习收获

（一）关于高层建筑沉降测量的认识

1.沉降测量的作用：为确保高层建筑物结构安全，保证建筑物正常使用，在建筑物的施工中加强高层建筑的测量工作是非常重要的，应引起

足够的重视。如果建筑物的变形超过一定的限度就会影响到它的正常使用，尤其是高层建筑的不均匀沉降

盐城工学院毕业设计

摘 要

在控制领域中,经常需要进行各种位移量的测量。在实际的工业位置控制领域中，为了提高控制精度，准确地对控制对象进行检测是十分重要的。传统的机械测量位移装置已远远不能满足现代生产的需要，而数字式传感器光电编码器,能将角位移量转换为与之对应的电脉冲输出, 主要用于机械位置和旋转速度的检测，具有精度高，体积小等特点，因此本设计决定采用光电编码器进行位移检测。

本设计为采用光电编码器来实现位移测量及其仿真，实现测量来自外部的不同的位移值及显示。具体应用AT89C51单片机为核心，光电编码器进行位移测量，同时以LCD液晶显示模块显示。本设计采用的光电编码器输出电压为5V，输出信号经四倍频电路处理后送入单片机进行计数处理，最后送入LCD模块显示。

本文从位移测量原理入手，详细阐述了位移测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。

关键词：位移测量，光电编码器，单片机，LCD显示模块

盐城工学院毕业设计

Abstract

In the control field, a variety of displacement measurements often need

实习报告

一．实习时间

X年X月X日至X年X月X日

二．实习地点

XX

三．实习目的

本次实习为期半年，是在校结束前的最后一次。本次实习的目的是，通过实习，深化我们对大专3年所学知识的认识，加深对书本知识的理解，在一定程度上使理论与实践相结合，是我们在参加工作前的一次理论强化，对我们毕业论文的制作，及日后工作中的效率，是一个铺垫。

四．实习简介

1.实习单位 XX；

2.实习工作 沉降、位移观测（包括高层建筑，护坡等） 3.所用仪器 电子水准仪对讲机、钢钉；

4.测量方法 主要以几何水准位移测量为主。沉降位移观测时，

在能表示沉降位移特征的部位设置观测点，在沉降影响范围之外埋高水准基准点，利用水准基准点和GPS坐标定位定期测量观测点高程，从而在各个观测点高程变化中了解建筑物、护坡的沉降位移情况 。

五．实习收获

（一）关于高层建筑沉降测量的认识

1.沉降测量的作用：为确保高层建筑物结构安全，保证建筑物正常使用，在建筑物的施工中加强高层建筑的测量工作是非常重要的，应引起

足够的重视。如果建筑物的变形超过一定的限度就会影响到它的正常使用，尤其是高层建筑的不均匀沉降