电气工程自动化-微位移检测的现状

目前以美国德国所生产的位移传感器走在前列,具有寿命长、适用范围广、适于高温高压和强振动等一系列极其恶劣的情况下还能够高准确测量等特点,且各种位移传感器都在向着高速度、高精度、多功能、多参数、小尺寸的方向发展,已被各军事、工业、农业市场所接受,广泛应用于机械、电力、发电厂、航空航天、冶金、煤炭、石油、铁路、交通、轻工、纺织、建材、水利等行业的工矿企业、科研院所、大专院校、军工单位产品开发与应用的自动测量与自动控制。本文列举里自2010年至今的一些微位移检测技术的成果，具体如下

1.一种基于激光干涉的微位移测量仪，具有分辨率高、结构简单、成本低的特点。该微位移测量仪由基于迈克尔逊激光干涉原理的微位移测量装置、工作台、光电阵列、信号处理电路、计算机及数据处理软件等组成。该测量仪位移测量理论分辨力可以达到0.01nm，特别适合范围在微米及微米以下的位移测量，可用于MEMS器件的位移检测，压电器件位移检测等。

2.一种基于LPFG微弯特性的高精度位移检测系统，传感系统输出的光功率与微位移呈良好的线性关系，位移灵敏度为2μW/mm，分辨力为0.5×10-2mm.所设计的系统结构简单、灵敏度高、线性度好，不受外界温度干。

3.一种基于双波长激光的集成光栅干涉位移检测方法，利用该方法对硅-玻璃键合工艺制作的集成光栅位移敏感芯片进行了测试实验。实验系统主要由敏感芯片、波长为640 nm 和660 nm 的双波长半导体激光器、双光电二极管及检测电路组成，敏感芯片则由带反射面的可动部件和透明基底上的金属光栅组成。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部件与光栅之间的距离变化，通过分别测量两个波长的衍射光强信号并交替切换选取灵敏度较高的输出信号，实现了一定范围内的扩量程位移测量，并得到绝对位置。实验结果表明，利用双波长集成光栅干涉位移检测方法测得敏感芯片可动部件与基底光栅的初始间隙为7.522m，并实现了间隙从7.522um 到6.904m区间的高灵敏度位移测量，其噪声等效位移为0.2nm。

4.一种基于石英晶体旋光效应分析和研究了线偏振光通过晶体后偏振态的变化情况，得出旋光角度与位移的线性关系，进而提出一种新的微位移检测方法。并利用琼斯矩阵法分析旋光现象以及整个检测原理，得出了理论计算公式，完成了实验检测系统的设计，并进行了实验测试，并对测试系统进行了误差分析。

5.一种位置敏感器件(PSD)激光微位移测量系统，能够满足工业现场微位移测量的精密性、实时性和可靠性要求。系统将调制、带通滤波、峰值检测等信号处理技术运用于激光三角法中，并利用PSD信号单通道处理方式，提高了系统的抗干扰能力．同时，系统采用自适应控制方法改变激光的调制频率，从而调整电信号的增益系数以适应各种测量对象．在没有滤光片的情况下，系统有效地消除了背景光和暗电流的影响，测量频率最高可达2kHz，分辨率达到0.035%，稳定性误差小于0.090%，线性度好于1.2%，大大降低了温漂的影响。

6.一种基于线阵CCD的微位移检测系统，将检测对象的微位移信息转换为线阵CCD上的成像光斑的位移，在上位机中通过对由USB接口传送来的CCD成像信息进行分析、处理，获得成像光斑的相对位移，根据系统检测模型进行换算最终实现对检测对象的微位移测量。

7.一种基于3ｘ3耦合器的小型化单光栅纳米位移测量方法。基于激光多普勒效应与光纤耦合器散射矩阵理论，首次将3ｘ3耦合器与计量光栅相结合，设计了一种对称式光路结构，利用所提出的新型相位解调算法实现纳米级精度的位移测量。方法具有结构简单、调节方便、对波长变化不敏感和能有效抑制空气扰动等特点，从而使得系统具有良好的稳定性。实验结果显示，3ｘ3耦合器三路输出信号两－两产生的李萨育图形平滑清晰，相位差保持在120°左右，说明本方法具有较好的测量稳定性。数值仿真与理论分析具有较好的一致性，在同时存在相位和幅值误差的情况下可以实现8nm的测量精度。