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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