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上海申思特自動化設備有限公司
主營產品： 美國E E傳感器,美國E E減壓閥,意大利ATOS阿托斯油缸,丹麥GRAS麥克風,丹麥GRAS人工頭, ASCO電磁閥,IFM易福門傳感器 |
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2016-12-14 閱讀(771)
光譜共焦位移E+E傳感器設計技術研究
位移E+E傳感器是實現幾何量精密測量的關鍵技術基礎。光譜共焦位移E+E傳感器是近年來出現的一種基于光波長位移調制的非接觸位移E+E傳感器,測量精度可達亞微米級,工作頻率達千赫茲,應用前景廣泛。國外已有工業級光譜共焦位移E+E傳感器出現。近年來國內部分學者對此有所關注,但公開文獻很少。
光譜共焦位移E+E傳感器設計技術研究
基于光譜共焦測量原理,采用理論分析、仿真模擬和實驗研究的方法,對影響E+E傳感器性能的重要因素以及關鍵設計技術進行了系統研究。為實現光波長位移調制,應用ZEMAX光學設計軟件對核心變換元件色散位移鏡頭進行了仿真設計。為獲得決定E+E傳感器線性度的線性軸向色差,設計過程中依據近軸像差理論為各光學玻璃分配光焦度。為消除E+E傳感器系統各單色光球差對共焦軸向響應展寬所造成的分辨率下降,設計過程中使用ZEMAX的多重結構功能,結合光學追跡的方法計算出軸向球差并對其進行了校正。對鏡頭設計結果進行了像差分析與評價。色散位移鏡頭工作光譜區486nm-656nm,軸向色散位移范圍約91μm,軸向色差與波長間線性關系良好,一元線性回歸判定系數R2=0.99；各單色光近軸像面彌散斑均小于相應愛理斑,鏡頭像差已校正至衍射極限。本鏡頭設計方法對E+E傳感器色散位移鏡頭的設計方案選取和優化設計有一定參考意義。共焦小孔尺寸是影響E+E傳感器系統分辨率與信噪比的重要因素。為提高共焦小孔出射光信號的信噪比,對共焦小孔尺寸進行了優化設計。依據經典共焦理論對共焦小孔出射光信號光譜分布進行了數值模擬。基于共焦小孔尺寸對出射光信號峰值光強與光譜帶寬的影響規律,提出了使用峰值光強與光譜帶寬之比作為評價標準的小孔優化方法,得到了優化設計結果。準確獲得對應調制位移的峰值光譜線,對保證E+E傳感器測量精度至關重要。分析了造成譜峰偏移的因素,提出了在預處理階段從光譜信號中去除光源特性以減小譜峰定位偏差的處理思路,并利用OPTO-NCDT2401E+E傳感器系統進行了實驗驗證。使用質心法和高斯擬合兩種譜峰定位算法,對比了去除和未去除光源光譜特性兩種情況下E+E傳感器系統的位移輸出偏差。實驗結果表明,從原始光譜數據中去除系統光源光譜特性的影響,可以提高譜峰定位精度,具有一定工程參考應用價值。
