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1 绪论1

1.1光栅莫尔条纹技术1

1.1.1莫尔条纹特点2

1.1.2莫尔条纹应用3

1.2光电位移精密测量仪器4

1.2.1组成和功能4

1.2.2基本要求5

1.3光电位移精密测量技术发展6

1.3.1研究课题6

1.3.2发展趋势6

2.1.1几何法8

2.1遮光阴影原理8

2 光栅莫尔条纹理论基础8

2.1.2序数方程法9

2.1.3莫尔条纹光栅方程9

2.1.4光栅有误差时的莫尔条纹13

2.1.5两光栅有间隙时的莫尔条纹14

2.2衍射干涉原理15

2.2.1分量波和合成波15

2 2.2基波和谐波18

2.2.3衍射光干涉19

2.3频谱分析原理20

2.3.2一对光栅的调制光场21

2.3.1单块光栅的调制光场21

2.3.3光栅有位移时的频谱变化24

3 光栅和编码盘的制造与检测25

3.1光栅刻划25

3.1.1长光栅刻划25

3.1.2圆光栅刻划26

3.1.3编码盘刻划28

3.1.4零位光栅刻划43

3.2光栅复制50

3.2.1虫胶复制50

3.2.3聚乙烯醇复制51

3.2.2光刻胶复制51

3.3光栅检测52

3.3.1光栅质量指标52

3.3.2准确度检测53

3.3.3均匀性误差检测56

3.3.4封闭差检测58

3.3.5编码盘圈间位置误差检测58

3.4提高刻划精度的方法59

3.4.1连续刻划法59

3.4.2多圈刻划法59

3.4.5零位补偿法60

3.4.4转位刻划法60

3.4.3对径双边刻划法60

4 光栅读数头与光栅光学系统62

4.1光栅读数头62

4.1.1幅度调制读数头62

4.1.2相位调制读数头66

4.1.3单光栅干涉读数头67

4.2光栅副间隙和菲涅尔焦面68

4.2.1光栅副的波列方程68

4.2.2菲涅尔焦面70

4.2.3最佳像面位置71

4.3.1单光栅光学系统72

4.2.4光栅副间隙允差72

4.3光学光栅系统72

4.3.2双光栅光学系统73

4.3.3三光栅光学系统76

5 光电信号处理和倍频技术79

5.1莫尔条纹光电信号质量指标79

5.1.1正弦性79

5.1.2正交性80

5.1.3等幅性80

5.1.4稳定性80

5.1.5对比度80

5.2光电信号质量指标检测82

5.2.2评价方法83

5.2.1检测原理83

5.2.3系统设计84

5.3光电信号的提取和处理84

5.3.1光电信号的提取方法84

5.3.2光电信号的处理方法86

5.4倍频技术92

5.4.1光学倍频92

5.4.2机械倍频95

5.4.3电子学倍频96

5.4.4微机软件细分107

6.1.1基本要求111

6.1.2直线导轨的结构型式111

6 精密导轨和轴系111

6.1精密导轨111

6.1.3直线运动导轨特点比较115

6.1.4导轨设计116

6.1.5长光栅传感器中的导轨117

6.1.6气体导轨118

6.2精密轴系120

6.2.1标准圆柱形轴系120

6.2.2圆锥形轴系122

6.2.3半运动式圆柱形轴系124

6.2.4全滚动式轴系125

6.2.5“V”弧轴系127

6.2.6气体轴承129

6.3钢球134

6.4联轴器135

6.4.1联轴器分类135

6.4.2联轴器选择135

6.4.3常用联轴器性能比较136

6.4.4精密联轴器137

6.5驱动器138

6.5.1导轨驱动139

6.6.1导轨精度检测142

6.6检测142

6.5.2轴系驱动142

6.6.2轴系精度检测143

6.7轴系误差的校正144

7 照明系统和接收元件146

7.1照明系统146

7.1.1光源146

7.1.2准直镜149

7.1.3减少光源的热影响151

7.1.4光源装置151

7.2光电接收元件151

7.2.1类型151

7.2.2光电二极管152

7.2.3接入电路的方式155

7.2.4负载电阻对输出信号的影响155

7.2.5电荷耦合器件155

7.3光阑158

8 光栅测量仪器电路160

8.1电路总框图160

8.2电源162

8.2.1电源的种类162

8.2.2电源的要求和指标162

8.2.3稳压电源噪声及其抑制163

8.2.4开关电源的接地164

8.2.5直流稳压点灯电源165

8.3处理电路166

8.3.1加法电路166

8.3.2运算放大电器167

8.3.3整形、微分电路167

8.3.4细分电路168

8.3.5译码、编码电路170

8.3.6计数电路170

8.3.7校正电路171

8.3.8采样保持电路172

8.3.9寄存电路172

8.4.2补偿电路173

8.4功能电路173

8.4.1电调零电路173

8.4.3检测电路174

8.4.4清零和防“死机”电路174

8.4.5方向判别电路175

8.4.6断电保护电路175

8.5显示电路176

8.6电路的抗干扰问题176

8.6.1常见噪声及其影响177

8.6.2抑制噪声的常用方法177

9.1误差基本概念179

9.1.1误差分类179

9 光栅测量仪器误差分析179

9.1.2测量和测量结果180

9.1.3关于不确定度181

9.1.4误差分析与误差综合182

9.2光栅测量仪器的误差及影响185

9.2.1理论误差185

9.2.2转换点位置误差186

9.2.3细分误差188

9.2.4误差合成188

9.3消除或减少误差的措施188

9.4仪器总误差（不确定度）检测188

9.4.2测角误差检测实例189

9.4.1检测方法189

10 新方法新原理应用194

10.1长度测量方面的应用194

10.1.1递推式测长法194

10.1.2CCD细分编码测长法197

10.1.3半导体激光端点干涉测长法199

10.1.4PSD智能光电测微仪200

10.1.5激光自动线位移刻检系统202

10.2角度测量方面的应用204

10.2.1圆光栅绝对编码计量法和误差校正204

10.2.3绝对式矩阵轴角编码器208

10.2.2编码盘角度计量误差全码校正法208

10.2.4单圈绝对式轴角编码器211

10.2.5激光轴角编码器213

10.2.6激光直写装置制造计量光栅215

10.2.7动态扫描法提高圆分度精度217

10.2.8激光干涉全角（360°）测量系统220

10.2.9环形激光自动测角仪222

10.3长度角度两用测量仪器224

10.3.1柔性标尺光栅编码器224

10.3.2六自由度光电实时测量系统226

主要参考资料229