光栅莫尔条纹电子学细分技术研究_大论文
莫尔条纹法精确控制全息光栅光栅常数的研究
中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ２ ． １ ４ 文献标 识码 ： Ａ 国家标准学科分类代码 ： １ ４ ０ ． ３ ０ ５ １
Ｓ ｔ ｕｄ ｙ ｏ ｎ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｅ ｌ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｏ ｆ
随莫尔条纹宽度变化 的数 学模 型 ， 分别讨论 了不同莫尔条纹宽度 对光栅常数的影响 。通过检验莫 尔条 纹宽度 ， 实现对干涉场 条 纹 间距 的检验 ， 可以提高全息光栅光栅 常数的控制精度 。实 验结果表 明 ， 对 于制 作 ３ ６ ０ ０ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ／ ｍ ｍ全息 光栅 ， 其刻线 密度控制 精 度可以达到 ±０ ． ０ ５ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ／ ｍ ｍ。该模型正确 反映了光栅常数随莫尔条 纹宽度 的演化规 律 ， 采 用基准 光栅 结合莫 尔条纹精确控 制全息光栅光栅常数 的方 法能够满足全息光栅 的制作要求 ， 为全 息光栅曝光系统 的设计提供 理论 指导和设 计方法。 关键词 ：全息光栅 ； 莫尔 条纹 ； 光栅常数 ； 光学调整
莫 尔 条 纹 法 精 确 控 制全 息 光 栅 光 栅 常数 的研 究 术
李 文 昊 ，张成 山 ，巴音贺 希格 ，齐 向 东，王 丽娟
（ 中国科 学院长春光学精 密机 械与物理研究所 长春 １ ３ ０ ０ ３ ３ ）
光栅莫尔条纹原理莫尔条纹是十八世纪法国研究人员莫尔先生首先
光栅莫尔条纹原理莫尔条纹是十八世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。
从技术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。
实验原理如果把两块光栅距相等的光栅平行安装，并且使光栅刻痕相对保持一个较小的夹角θ时，透过光栅组可以看到一组明暗相间的条纹，即为莫尔条纹。
莫尔条纹的宽度B为：B=P/sinθ其中P为光栅距。
光栅刻痕重合部分形成条纹暗带，非重合部分光线透过则形成条纹亮带。
光栅莫尔条纹的两个主要特征是(1)判向作用：当指示光栅相对于固定不动的主光栅左右移动时，莫尔条纹将沿着近于栅线的方向上下移动，由此可以确定光栅移动的方向。
(2)位移放大作用：当指示光栅沿着与光栅刻线垂直方向移动一个光栅距D时，莫尔条纹移动一个条纹间距B，当两个等距光栅之间的夹角θ较小时，指示光栅移动一个光栅距D，莫尔条纹就移动KD的距离。
K=B/D≈1/θ。
B=D/2sinθ/2≈d/θ，这样就可以把肉眼看不见的栅距位移变成清晰可见的条纹位移，实现高灵敏的位移测量。
实验仪器光栅组、移动平台实验步骤1、安装好主光栅与指示光栅，使两光栅保持平行，光栅间间隙要尽量小，微调主光栅角度，使莫尔条纹清晰可见。
2、旋动移动平台螺旋测微仪，向前或向后，观察莫尔条纹上下移动与指示光栅位移方向的关系。
3、人工微位移测量：当指示光栅位移一个光栅距时，莫尔条纹就移动一个条纹距。
调节位移平台，仔细记数条纹移动数目，根据实验二十测得的光栅距，与位移条纹数相乘，此即为指示光栅的位移距离，实验时可与螺旋测微仪的转动刻度相对照。
（事实上光栅莫尔条纹记数所测得的位移精度远高于螺旋测微仪的精度）。
光栅的电子细分原理和方法
光栅的电子细分原理和方法光栅是一种常见的光学元件，它被广泛应用于光学系统中的图像分析、光谱分析、测量和定位等领域。
本文将重点讨论光栅的电子细分原理和方法，解释了光栅如何通过电子细分来实现高精度的图像分析和测量。
一、原理光栅的原理基于衍射和干涉现象。
当入射光通过光栅时，光栅会将光分成多个次级光束，这些光束在不同的角度上进行衍射。
这种衍射现象由光栅上规则排列的平行凹槽或浮雕结构产生。
通过调整光栅的参数，如凹槽间距和宽度，可以实现对入射光束的细分和定向。
二、方法1. 光栅参数优化光栅的凹槽间距和宽度是实现细分的关键参数。
通过精确计算和优化这些参数，可以使得光栅对入射光束进行有效的细分。
一种常见的方法是使用光栅参数优化软件，根据输入的相关参数，计算并优化光栅的设计。
优化后的光栅设计可以通过光刻技术实现。
2. 光栅制备制备高质量的光栅至关重要。
一种常用的光栅制备方法是光刻技术。
该技术利用光敏材料的特性，通过曝光、显影和腐蚀等工艺步骤，将光栅的凹槽或浮雕图案转移到光刻胶或薄膜上。
制备完成后，可以通过光刻胶硬化或金属镀膜等方法增强光栅的耐久性和光学性能。
3. 光栅测量和校准为了实现精确的图像分析和测量，光栅需要进行测量和校准。
通常使用的方法是通过光栅重复的周期特性进行校准，例如通过测量光栅的周期或角度来确定实际的像素或物理位置。
这可以借助于专用的测量设备，如光学显微镜、干涉仪或光栅检测系统来实现。
4. 光栅应用电子细分技术可广泛应用于图像分析、测量和定位等领域。
在图像分析中，光栅技术可以帮助获取高分辨率和高精度的图像信息，实现对图像的细分和拼接。
在测量和定位中，光栅技术可以提供可靠的参考标志，帮助实现精确的测量和定位。
总结：通过光栅的电子细分原理和方法，可以实现对入射光束的高精度分析和测量。
光栅参数的优化和制备、测量和校准是实现电子细分的关键步骤。
电子细分技术在图像分析、测量和定位等领域具有广泛的应用前景，将为相关领域的研究和应用带来更高的精确度和可靠性。
光栅的电子细分原理和方法
光栅的电子细分原理和方法光栅是一种具有一定周期结构的光学元件，通过其特殊的结构可以将入射光进行光谱分解或者产生干涉现象。
光栅的电子细分原理和方法则是利用电子束对光栅进行扫描，通过对电子显微镜图像的分析，可以得到光栅的周期、有效刻槽数、尺寸等信息。
下面将详细介绍光栅的电子细分原理和方法。
光栅的电子细分原理主要基于衍射原理。
当光束通过光栅时，会发生衍射现象，产生多个干涉条纹。
这些干涉条纹的位置和强度分布与光栅的周期和形状密切相关。
通过对这些干涉条纹的测量和分析，可以反推出光栅的周期和形状信息。
在电子细分方法中，首先需要将光栅放置在电子显微镜（SEM）的样品台上，并调节好光栅与电子束之间的距离。
随后，通过控制电子束的位置和强度进行扫描，生成光栅的图像。
常用的电子细分方法有以下几种：1.像素拟合法：该方法通过对光栅图像中每个像素的强度进行测量和分析，得到光栅的周期和形状信息。
在实际操作中，需要将图像转换为数字化的元素，即像素矩阵。
通过对每个像素的灰度数值进行计算和拟合，可以得到光栅的周期和形状。
2.相位分析法：该方法基于干涉现象，通过分析光栅图像中的干涉条纹的相位分布，可以得到光栅的周期信息。
在实际操作中，需要运用图像分析算法对干涉条纹进行处理和提取，得到相位信息，并通过求解相位信息的傅里叶变换，可以得到光栅的周期。
3.自相关法：该方法基于光栅的周期性，通过计算光栅图像的自相关函数，可以得到光栅的周期信息。
在实际操作中，需要计算图像的自相关函数，并通过峰值位置和幅值信息进行分析和测量，从而得到光栅的周期。
需要注意的是，上述电子细分方法都需要进行一系列的图像处理和数据分析，其中涉及到一些图像处理算法、傅里叶变换等数学原理。
此外，在实际操作中还需要考虑到电子束与光栅的距离、扫描速度等参数的影响。
总结起来，光栅的电子细分原理和方法通过对光栅图像的分析和测量，可以得到光栅的周期、形状等重要参数信息。
这些参数对于光栅的设计和制备具有重要的参考价值。
浅谈莫尔条纹两种扫描方法对细分影响
浅谈莫尔条纹两种扫描方法对细分影响作者：林知南来源：《数字技术与应用》2015年第11期摘要：莫尔条纹从广义上讲是指具有一定规律的图案经过光线照射后产生的具有新规律的周期性图案。
其中，利用光栅的光学调制作用产生的莫尔条纹叫做光栅莫尔条纹，光栅莫尔条纹技术从二十世纪中期开始应用于实际测量。
光栅尺需要对两路正交的莫尔条纹光电信号进行细分达到高分辨率。
不同的扫描方式对莫尔条纹光电信号的信号质量有较大影响。
本文主要基于光栅尺的莫尔条纹测量原理和细分方法，对比单场扫描和四场扫描两种方式的优缺点。
关键词：莫尔条纹细分误差扫描方法中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）11-0000-00Abstract： moire fringes are generally referred to as periodic patterns with a certain regular pattern after the irradiation of a certain pattern. The moire fringes generated by the optical modulation of the grating are called grating moire fringes， and the moire fringe technique is applied to the actual measurement in the middle of twentieth Century. The grating ruler needs to be subdivided to achieve high resolution by the two channels of the two channels. Different scanning modes have great influence on the signal quality of Moire fringe photoelectric signal. In this paper， the principle and subdivision method of moire fringes measurement based on grating ruler is mainly based on the comparison of two methods of single field scanning and four field scanning.Key words： moire fringe subdivision error scanning method光栅莫尔条纹，是利用一对光栅副（两个光栅）产生的黑白相间的条纹，白的地方透光强，黑的地方透光弱，是光线经过两个光栅的调制作用，经过干涉和衍射形成的具有正弦规律的条纹。
光栅的基本工作原理
光栅的基本工作原理1.莫尔条纹光栅是利用莫尔条纹现象来进行测量的。
所谓莫尔(Moire)，法文的原意是水面上产生的波纹。
莫尔条纹是指两块光栅叠合时，消失光的明暗相间的条纹，从光学原理来讲，假如光栅栅距与光的波长相比较是很大的话，就可以按几何光学原理来进行分析。
图1所示为两块栅距相等的光栅叠合在一起，并使它们的刻线之间的夹角为θ时，这时间栅上就会消失若干条明暗相间的条纹，这就是莫尔条纹。
图1 等栅距形成的莫尔条纹(θ≠0)x-光栅移动方向y-莫尔条纹移动方向2.辨向原理在实际应用中，被测物体的移动方憧憬往不是固定的。
无论主光栅向前或向后移动，在一固定点观看时，莫尔条纹都是作明暗交替变化。
因此，只依据一条莫尔条纹信号，就无法判别光栅移动方向，也就不能正确测量往复移动时的位移。
为了辨向，需要两个肯定相位差的莫尔条纹信号。
3.细分技术当光栅相对移动一个栅距W，则莫尔条纹移过一个间距B，与门输出一个计数脉冲。
这样其辨别率为W。
为了能辨别比W更小的位移量，就必需对电路进行处理，使之能在移动一个W内等间距地输出若干个计数脉冲，这种方法就称为细分。
由于细分后计数脉冲的频率提高了，故又称为倍频。
通常采纳的细分方法有四倍频细分、电桥细分、复合细分等。
4.光栅数显装置光栅数显装置的结构示意图和电路原理框图如图2所示。
在实际应用中对于不带微处理器的光栅数显装置，完成有关功能的电路往往由一些大规模集成电路(LSI)芯片来实现，下面简要介绍国产光栅数显装置的LSI芯片对应完成的功能。
这套芯片共分三片，另外再配两片驱动器和少量的电阻、电容，即可组成一台光栅数显表。
图2 光栅数量装置1-读数头2-壳体3-发光接受线路板4-指示光栅座5-指示光栅6-光栅刻线7-光栅尺8-主光栅。
光栅传感器的构成莫尔条纹的形成原理及特点莫尔条纹测量
在实际装置中常将光源、计量光栅、光电 转换和前置放大组合在一起构成传感器（光栅 读数头）；将具有细分辨向的差补器、计数器 和由步进电机、打印机或绘图机等组成的受控 装置装在一个箱内，常称为数字显示器。
光源
计量 光栅
光电 转换
前置 放大
细分 辨向
计数
受控 装置
传感器
数字显示器
3自由度光栅数显表
安装有直线光栅的数控机床加工实况
放大倍数可通过改变θ角连续变化，从而获得任 意粗细的莫尔条纹，即光栅具有连续变倍的作用。
3）均化误差作用
莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成， 对光栅的刻线误差有平均作用。
四、莫尔条纹测量位移
光栅每移过一个栅距W，莫尔条纹就移过一 个间距B。通过测量莫尔条纹移过的数目，即可 得出光栅的位移量。
由于光栅的遮光作用，透过光
二、光栅传感器的构成
对于线位移测量，两块光栅长短不等，长的随运动部件移 动，称为标尺光栅，短的固定安放，称指示光栅；而测量角 位移时，一块圆光栅固定，另一块随转动部件转动。
光栅传感器结构为：
光栅传感器由光源、透镜、 光栅副（主光栅和指示光 栅）和光电接收元件组成。
如图5-5-1所示。
图5-5-1光栅传感器的组成
栅的光强随莫尔条纹的移动而变化，
变化规律接近于一直流信号和一交
流信号的叠加。固定在指示光栅一
侧的光电转换元件的输出，可以用
光栅位移量X的正弦函数表示，如
图5-5-3所示。只要测量波形变化
的周期数N（等于莫尔条纹移动数）
就可知道光栅的位移量X，其数学
表达式为
图5-5-3 光电元件输出与光栅位移的关系
X=N·W
角编码器 安装在夹 具的端部
（机械电子工程专业论文）数码相片莫尔条纹消除算法的研究
上海交通大学硕士学位论文数码相片莫尔条纹消除算法的研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：***20070201数码相片莫尔条纹消除算法的研究摘要为了消除数码相机拍摄到的相片中存在的莫尔条纹现象，在上海交大—PENTAX光机电一体化研究中心的支持下，作者针对此课题进行了研究并完成算法的实现，具有重要的理论意义和实用价值。
在这一课题的研究过程中，对现有的图像插值算法进行研究，以及对数码相片中产生莫尔条纹的具体原因进行了深入仔细的分析，并以此为基础提出了消除莫尔条纹的图像复原方法。
实现通过频域变换来模拟莫尔条纹这一混叠现象的产生过程，并提出具有很强针对性的改进方法，最终能够有效消除相片中莫尔条纹，得到了令人满意的相片色彩复原效果。
当使用数码相机拍摄中有接近照相机图像传感器上色彩滤镜阵列分辨率的规则性图案的场景时，例如细密的栅栏或者网格的织物等，相片就非常容易出现明显的波纹状彩色条纹图案，该条纹图案就叫做莫尔条纹。
莫尔条纹实际是由于在图像采样过程中图像传感器因欠采样而引起混叠现象。
莫尔条纹在相片中往往面积大，色偏明显，严重影响了相片质量。
由于莫尔条纹类型的多样性与复杂性，莫尔条纹的消除实现相对比较困难，并且针对莫尔条纹消除的研究工作也并不多。
本文针对现在最为常用的采用Bayer CFA色彩滤镜阵列的单CCD/CMOS相机，根据莫尔条纹的产生原因以及Bayer CFA的特性，提出了使用相对不易产生混叠的绿色分量的高频信息经过频域变换平移至低频区域以模拟混叠产生过程，在红色和蓝色分量减去混叠估计项来实现莫尔条纹消除算法。
结合在算法的实际应用中遇到问题，本文在以上算法的基础上提出改进的算法。
新算法在混叠估计项前乘上一个系数。
首先对混叠估计图像使用高斯低通滤波器进行平滑处理。
然后对平滑后的混叠估计图像选取合适阈值进行图像分割，得到莫尔条纹相应正负峰值区域。
计算混叠估计图像在正负峰值区域对应的平均灰度差，同时计算红色分量和蓝色分量中正负峰值区域对应的平均灰度差，用上述两个灰度差的比值确定混叠估计项前系数的值。
数控技术莫尔条纹光栅作用
数控技术莫尔条纹光栅作用嘿，大家好，今天咱们聊聊一个有意思的话题，就是数控技术中的莫尔条纹光栅。
这玩意儿听起来挺高大上的，但其实它的作用就像在生活中加点调味料，让一切变得更好。
莫尔条纹光栅，这个名字一听就有点复杂，其实它就是一种用来测量位置和运动的工具，简简单单就能帮助机械设备实现精确的运动。
想象一下，就像你玩游戏时，角色每一步的走位都得准确无误，不然就可能掉进坑里，哈哈。
莫尔条纹光栅是怎么运作的呢？它是通过一种光的干涉现象来工作的。
你可以把它想象成在阳光下，水面泛起的波纹，一波接一波地荡漾开来。
光栅的表面上有一系列均匀的条纹，当光线照射到这些条纹上时，会产生一些干涉图案。
这样一来，设备就能“看见”这些图案，从而精准地判断出自己的位置和运动轨迹。
就像你用手机导航一样，能清楚知道自己在哪里。
这种技术的妙处在于，它能达到非常高的分辨率，简直是无与伦比！用它来进行数控加工，设备的运动就能像小兔子一样灵活自如。
想象一下，机床在高速运转的时候，哪怕是微小的误差也会导致最终产品的质量不佳。
莫尔条纹光栅正是能够在这时候发挥它的“神力”，将误差降到最低，确保每一个零件都能完美无瑕，简直是精益求精的代名词。
说到这里，有人可能会问，莫尔条纹光栅的应用范围到底有多广呢？嘿，别说，真是数不胜数！从汽车制造到航空航天，从电子产品到医疗器械，几乎无处不在。
你可以想象，飞在天上的飞机、跑在地上的汽车，背后都有这些光栅在默默地为它们服务。
它们就像隐形的守护者，确保一切都在正确的轨道上运转。
这也让人感慨，现代科技的进步真是快得惊人啊，跟不上都来不及了！再说说这玩意儿的优势吧，除了高精度以外，莫尔条纹光栅还具有抗干扰能力。
生活中，我们常常会遇到噪音和干扰，特别是在一些复杂的环境中。
而这种光栅则像个“超能战士”，能有效抵御外部干扰，保持稳定的性能。
就好比你在吵闹的街道上，依然能专心听自己喜欢的音乐，简直是太厉害了！不过，光栅的维护也是不可忽视的。
光栅莫尔条纹电子学细分技术研究_大论文
关键词：光栅，莫尔条纹，细分，正切法，噪声，相位
I
光栅莫尔条纹电子学细分技术研究
ABSTRACT
Grating MoiréFringe technique is used to measure the mechanical position and velocity at present for its high precision, perfect sensitivity, wide dynamic range, automatization and so on. In order to improve the measurement distinguishment and precision and depress the application cost, the subdivision of MoiréFringe is studied and applied widely. The electric subdivision technique of MoiréFringe is studied perfectly and how to improve the subdivision precision and distinguishment are put forward in this thesis. The realizations and the characteristics of various subdivision methods according to the principle are summarized first. The tangent subdivision method of MoiréFringe is studied with emphasis and the factors which influence the subdivision precision are analyzed theoretically. To improve the subdivision precision, the signal noises should be restrained and the phase should be adjusted through algorithm. In order to obtain the signals with fine quality, the adaptive filtering algorithm based on neural network is used to restrain noises of MoiréFringe. The nonlinear mapping fuction is achieved by using the neural network layer. The step size of the algorithm can be adjusted dynamicly according to the signal’s frequency to meet the filtering request of signal with diversified frequency and make the algorithm self-adaptive. The signal quality is improved obviously by filtering. A new phase error compensation algorithm is worked out in allusion to the tangent method. The angle of a certain signal period can be emended by detaching the sections. The application of this algorithm can depress the subdivision error caused by signals not in phase quadrature. The realization of the algorithm is analyzed detailedly at the same time. Based on experiments, it is indicated that the signal quality improves obviously by using these algorithms introduced in this thesis. The study contents have reference value to improve the MoiréFringe subdivision recision.
论文：简述莫尔条纹的特点
论文：简述莫尔条纹的特点1、简述莫尔条纹的特点答:光栅莫尔条纹具有如下特点:1(起放大作用由于θ角度非常小，因此莫尔条纹纹距W要比栅距ω大的多。
如ω=0.01mm，即光栅的线纹为每毫米100条，此栅距人们无法用肉眼分辨，但如果调整θ角，使得W=10mm，即放大倍数为W,ω=1000倍，10mm宽的莫尔条纹是清晰可见的。
2(莫尔条纹的移动与栅距成比例当标尺光栅移动时，莫尔条纹就沿着垂直于光栅移动的方向移动，并且光栅每移动一个栅距ω，莫尔条纹就准确地移动一个纹距W，只要通过光电元件感测移过莫尔条纹的数目，就可以知道光栅移动了多少个栅距，而栅距是制造光栅时确定的，因此工作台移动的距离就可以计算出来。
而且当工作台移动方向改变时，莫尔条纹的移动方向也有规律地变化:设标尺光栅不动，将指示光栅按逆时针方向转过θ角，那么当指示光栅左移时，莫尔条纹向下移动;反之，当指示光栅右移时，条纹则向上移动。
如果将指示光栅按顺时针方向转过θ角，那么情况与上述相反。
由上可见，如果沿着莫尔条纹方向安装二组距离相差W,4的光电元件，就可以测量光栅的移动距离和方向。
3(起平均误差作用因为莫尔条纹是由许多光栅线纹所组成，若光电元件接受的长度(即纹距)为10mm，在栅距ω=0.01mm时，光电元件所接受的信号由1000条线纹组成，因此制造上的缺陷，例如间断地少几条线纹只会影响千分之几的光电感应信号强弱。
因此用莫尔条纹时，其精度是由一组线的平均效应决定，精度尤其是重复精度会更高。
2、数控机床对主轴驱动有哪些要求,答:随着数控机床的不断发展，传统的主轴驱动方式已不能满足要求，现代数控机床对主传动提出了更高的要求: ?(1)数控机床主传动要有较宽的调速范围，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
特别对于具有多工序自动换刀的数控机床一加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料的要求，对主轴的调速范围要求更高。
(2)数控机床主轴的变速是依指令自动进行的，要求能在较宽的转速范围内进行无级调速，并减少中间传递环节，简化主轴箱。
光栅莫尔条纹技术的发展
光栅莫尔条纹技术的发展光栅莫尔条纹技术是一门既古老又现代的测量技术。
对莫尔条纹的研究最早可以追溯到十九世纪末期，二十世纪五十年代以后开始应用于实际测量，并逐步对莫尔条纹的形成机理开展了广泛的研究，至今已形成了三种主要的理论：（1）基于阴影成像原理：认为由条纹构成的新的轨迹可表示莫尔条纹的光强分布；（2）基于衍射干涉原理：认为由条纹构成的新的光强分布可按衍射波之间的干涉结果来描述；（3）基于傅立叶变换原理：认为形成的莫尔条纹是由低于光栅频率项所组成。
这三种理论都可以较完满地解释莫尔条纹现象。
一般来说，第三种理论是一种广义的解释。
光栅条纹较疏的可直接用遮光阴影原理来解释，而光栅条纹较密的用衍射干涉原理来解释则更为恰当。
上世纪六、七十年代，由于光栅制造工艺的改进以及电子技术的发展，能够批量提供廉价的光栅产品，并出现了电子细分技术，使光栅的分辨率和精度能够适应现代计量的要求，莫尔条纹技术得到迅速推广应用，且出现了许多崭新的光栅莫尔条纹测量技术。
传统的四场扫描光栅系统（成都工具研究所开发的光栅传感器均属这种系统）由于受污染影响较大，已逐渐被准单场扫描和单场扫描系统所取。
准单场扫描系统的指示光栅由两个相位不同的光栅组成，标尺光栅（主光栅）反射后由四个光电池接收，得到相位差为90°的4个莫尔条纹信号；单场扫描系统采用栅距与主光栅略有不同的一个大光栅组成指示光栅，用栅状光电器件接收信号。
这两种结构中，由于都使用一个扫描场，光栅上的局部污染对各组信号的光强影响大致相同，大幅度减少了因污染造成的测量误差。
这二种扫描系统都属于成像扫描原理，是目前广泛应用的光栅系统。
1987年，Haidenhain公司推出了一种干涉扫描系统，该系统中，标尺光栅和指示光栅均采用相位光栅，通过合理设计光栅线纹高度方向的形状来控制衍射的级次和相位，莫尔条纹由输入光两次衍射后的干涉光形成。
干涉扫描系统是一种高精度、高分辨率的光栅系统，如Haidenhain的LIP382，测量长度270mm，分辨率1nm，精度0.1μm。
大学物理实验论文--光栅
大学物理实验论文关于衍射光栅的研究摘要：衍射光栅由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝（或刻痕）组成，他利用多缝衍射原理使光波发生色散。
由于它具有较大的色散率和较高的分辨本领，故已被广泛地应用于各种光谱仪器中。
本实验使用的是投射式激光全息光栅。
利用分光计测量衍射光栅的光栅常数和光波波长。
关键词：衍射光栅多缝衍射色散Diffraction grating by substantially parallel to each other, such as width, the slit spacing (or score), he uses multiple slit diffraction principle to make waves dispersion occurs. Because of its large dispersion rate and a high resolving power, it has been widely used in a variety of spectroscopic instruments. The experiments using a projection type laser holographic grating. Using spectrometer for the measurement of diffraction grating constant and the wave length引言：衍射光栅的定义是利用光的多狭缝衍射效应进行色散的光栅元件，它能使光波衍射而产生大量光束，利用这些光束的干涉形成光谱。
正文章节1 实验目的① 掌握光栅衍射的规律② 了解分光计的结构，掌握分光计的调节和使用，熟悉分光计读书方法③ 测量光栅常数和光栅波长2 实验仪器① JJY-1型分光计② 全息光栅③ 高压汞灯3 实验原理衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件，由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或刻痕所组成。
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承诺书
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3. 图1.3 莫尔条纹式光栅………………………………………………………………2
10. 图3.3 移相电路…………………………………..……...…………….….….……..12 11. 图3.4 移相电阻链10细分电路……………………………………………………..13 12. 图3.5 相位调制细分原理……………………………………………….……..…...13 13. 图3.6 锁相细分法原理…………………………………………...………..……….14 14. 图3.7 时钟脉冲细分原理…………………………………………………………..15 15. 图3.8 构造三角函数波形…………………………………………………………..16 16. 图4.1 正切法构造函数波形………………….…………….….…………….....…..21 17. 图4.2 正切法细分流程…………..…………………………………………………22 18. 图4.3 莫尔条纹信号交流幅度和直流电平变化…………………………………..23 19. 图4.4 莫尔条纹信号频谱…………………………………………………………..24 20. 图4.5 差分放大电路原理图………………………………………………………..24 21. 图4.6 余弦信号滞后的莫尔条纹及正切曲线……………………………………..26 22. 图4.7 余弦信号滞后造成的角度误差曲线………………………………………..26 23. 图4.8 存在直流分量的莫尔条纹及正切曲线……………………………………..27 24. 图4.9 存在直流分量造成的角度误差曲线………………………………………..28 25. 图4.10 正余弦信号幅度不等的莫尔条纹及正切曲线……………………………29 26. 图4.11 正余弦信号幅度不等造成的角度误差曲线………...…………………….29 27. 图4.12 存在三次谐波的莫尔条纹及正切曲线……….….………………………..31 28. 图4.13 存在三次谐波造成的角度误差曲线………………………………………31 29. 图4.14 原始莫尔条纹信号及正切曲线……………………………………………32 30. 图4.15 原始莫尔条纹信号角度误差曲线…………………………………………32
Key Words: Grating, MoiréFringe, Subdivision, Tangend Method, Noise, Phase
II
光栅莫尔条纹电子学细分技术研究
图 清 单
1. 2. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 图1.1 光栅测量系统示意图…………………………………………………………1 图1.2 透射式光栅…………………………………………………..………………..2 图1.4 圆光栅盘示意图………………………………………………………………3 图2.1 莫尔条纹产生原理……………………………………………………………6 图2.2 莫尔条纹信号调理电路………………………………………………………9 图2.3 光强补偿电路………………………………………………………………..10 图3.1 直接细分原理图……………………………………………………………..11 图3.2 移相电阻链细分矢量图…………….…………………………………….....12
南京航空航天大学 硕士学位论文 光栅莫尔条纹电子学细分技术研究 姓名：吕孟军 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：游有鹏 20080101
南京航空航天大学硕士学位论文
摘
要
光栅测量技术具有高精度、高灵敏性、动态范围大、易于实现自动化等特点， 可实现对位移、速度等机械量的测量。为提高测量精度和分辨力，有效控制测量成 本，莫尔条纹电子学细分技术被广泛研究和应用。 本文对莫尔条纹电子学细分技术进行了深入研究，提出了提高细分精度和分辨 力的解决方案。 从基本原理上归纳总结实际应用中各种细分方法的实现途径和特点。重点对正 切法细分技术进行研究并对细分精度影响因素进行理论分析；在常规信号调理的基 础上，通过算法对莫尔条纹信号进行噪声控制和相位校正，可极大提高细分精度。 为获得高质量信号，将神经网络自适应算法应用于莫尔条纹信号降噪。神经网 络层实现信号的非线性映射，使线性和非线性噪声均能得到有效抑制；将滤波步长 与信号频率构成函数关系，步长的动态调整和算法的自适应性保证了宽频带滤波效 果。滤波后的莫尔条纹信号质量明显改善。 基于正切法细分，提出了一种新的相位误差补偿算法，通过信号区间的分段处 理，使短周期信号的各相角均可得到实时校正，有效降低了由于信号相位不正交引 起的细分误差，并详细分析了算法的实现条件。 仿真及实验表明，本文提出的算法可显著改善莫尔条纹信号质量；相关研究内 容对于提高莫尔条纹电子学细分精度和倍数具有实际参考价值。
关键词：光栅，莫尔条纹，细分，正切法，噪声，相位
I
光栅莫尔条纹电子学细分技术研究
ABSTRACT
Grating MoiréFringe technique is used to measure the mechanical position and velocity at present for its high precision, perfect sensitivity, wide dynamic range, automatization and so on. In order to improve the measurement distinguishment and precision and depress the application cost, the subdivision of MoiréFringe is studied and applied widely. The electric subdivision technique of MoiréFringe is studied perfectly and how to improve the subdivision precision and distinguishment are put forward in this thesis. The realizations and the characteristics of various subdivision methods according to the principle are summarized first. The tangent subdivision method of MoiréFringe is studied with emphasis and the factors which influence the subdivision precision are analyzed theoretically. To improve the subdivision precision, the signal noises should be restrained and the phase should be adjusted through algorithm. In order to obtain the signals with fine quality, the adaptive filtering algorithm based on neural network is used to restrain noises of MoiréFringe. The nonlinear mapping fuction is achieved by using the neural network layer. The step size of the algorithm can be adjusted dynamicly according to the signal’s frequency to meet the filtering request of signal with diversified frequency and make the algorithm self-adaptive. The signal quality is improved obviously by filtering. A new phase error compensation algorithm is worked out in allusion to the tangent method. The angle of a certain signal period can be emended by detaching the sections. The application of this algorithm can depress the subdivision error caused by signals not in phase quadrature. The realization of the algorithm is analyzed detailedly at the same time. Based on experiments, it is indicated that the signal quality improves obviously by using these algorithms introduced in this thesis. The study contents have reference value to improve the MoiréFringe subdivision recision.