电气工程自动化-微位移检测的发展

微位移检测的发展

微位移检测作为一个出现时间并不久远的技术名称，虽然研究时间并不久远，但是有很多的检测方式。

早期检测的方法主要有临界角法、象散法、傅科棱镜法、斜光束法等.比较而言象散法具有光学系统简单、调整方便、精度高等优点, 它是利用光学系统中象散光束的形状随离焦而变来进行测量的。象散法也成功的取代了触针式粗糙度计作为表面粗糙度的测量方法。

进入21世纪后，出现了多种检测方式。例如：

1.一种采用频谱分析技术的高分辨率微位移测量方法，对干涉条纹进行傅里叶变换，经数字滤波处理后再恢复干涉条纹，极大地提高干涉条纹清晰度，从而使应用检测条纹移动测量位移的方法达到了相当高的分辨率。

2.一种以线阵CCD（charge coupled device）取代传统的光电探测器作为条纹拾取工具，并配以去噪装置、条纹判向系统、条纹细分系统，使系统理论误差仅为CCD的一个像元，实现了对条纹的高准确度细分，并对微位移实现了高准确度测量，较大地提高了系统的测量准确度和系统的稳定性，并基本消除了系统的计数误差。（光干涉法可以测量物体的微小位移，提高测量微小位移的分辨率及对移动方向的自动判断，具有工程应用的实际价值）

3.一种基于光杠杆原理的光学微位移测量系统。该系统的理论分辨力为4nm，实验测得系统分辨力小于10nm。

4.一种新型的基于线阵CCD的微小角位移传感器，采用平行光斜射式激光三角法，具有结构简单，线性度好，灵敏度高，测量频率高，分辨率高和实时性好等特点；该传感器的最大量程为0.2rad，分辨率为0.0002rad，最高测量频率为10kHz，可应用于高频电机械转换器等元件的微小角位移的特性的动态检测。

5.一种基于单片机控制的微位移检测电路，在对实时性没有严格要求的情况下, 当检测量程为±2mm 时, 系统检测精度可达0.1μm , 并且通过提高计数频率,系统可以达到更高的测量精度。[2]

6.一种新型集成光栅干涉微位移测量方法，设计加工了微位移敏感芯片，并进行了初步的性能测试．敏感芯片利用硅一玻璃键合体硅工艺制作而成，在玻璃上制有金属光栅，光栅上方有由铝梁支撑的可动结构．实验系统由敏感芯片、半导体激光器、光电二极管以及相应的驱动、检测电路组成入射激光照射到光栅上产生衍射光斑，衍射光的光强随可动结构与光栅之间的距离变化，通过测量衍射光强的变化可以得到位移．所制作的集成光栅干涉微位移敏感芯片可实现位移检测，最小可检测的位移约0.2nm。

7.一种基于DDS技术的多频率信号发生器和基于锁相放大原理的解调电路。该电路能实现多自由度微位移检测，设计的多频率信号发生器的频率分辨率能达到0.005821Hz，相位分辨率可以达到0．006rad，检测轴向灵敏度为1.34V/μm， 检测径向灵敏度为0．092V/μm，测量电路的轴向位移分辨率为0.45nm，径向位移分辨率为6.6nm，转角的分辨率为0.25μrad，位移检测电路的分辨率，灵敏度和测量范围能够满足静电悬浮转子微陀螺的控制需要。