基于比值線性化的高適應性光柵細分方法研究

趙國博, 葉國永, 史永勝, 尹 磊, 劉紅忠

(西安交通大學 機械工程學院,陜西 西安 710049)

1 引 言

光柵位移傳感器因其良好的環境適應性、緊湊的系統結構、較低的價格成本等優勢,已成為超精密工程中頗具活力和備受關注的跨尺度納米測量技術[1～4]。電子細分是基于對光柵系統的正弦電信號的內插,是微米級柵距的反射式光柵實現亞微米級精度、納米級分辨率測量的有效途徑。近年來,隨著電子技術和細分方法的發展,細分技術日益成熟,理論上已可實現最高達16 380倍的細分。在細分倍數低于100倍的細分方法中,應用比較廣泛的主要有移相電阻鏈細分法和矢量運算法;在高倍細分方法中,應用比較廣泛的主要有閉環跟蹤細分法[5～8]、反正切細分法[9～12]、幅值線性化細分法[13～17]等。細分倍數、細分精度和適應性是評價電子細分方法性能的主要指標。細分誤差是指一個柵距內細分間隔的不均勻性誤差,其作為信號周期內誤差,在早期的研究中一直沒有給予足夠的重視。隨著反射式光柵測量系統向亞微米級精度邁進,細分誤差在測量誤差中的比重已不容忽略,且細分誤差是非線性誤差,難以補償,已成為制約反射式光柵測量系統實現亞微米級精度、納米級分辨率測量的關鍵因素,是國內外高精度光柵測量系統設計中面臨的共同難題。

細分誤差是由細分方法和信號質量決定。實際應用中,有效電子細分倍數受光柵信號質量的限制,不考慮細分誤差而一味地提高電子細分倍數是沒有實際意義的[18]?！?br>