赵国博, 叶国永, 史永胜, 尹 磊, 刘红忠

(西安交通大学 机械工程学院,陕西 西安 710049)

1 引 言

光栅位移传感器因其良好的环境适应性、紧凑的系统结构、较低的价格成本等优势,已成为超精密工程中颇具活力和备受关注的跨尺度纳米测量技术[1～4]。电子细分是基于对光栅系统的正弦电信号的内插,是微米级栅距的反射式光栅实现亚微米级精度、纳米级分辨率测量的有效途径。近年来,随着电子技术和细分方法的发展,细分技术日益成熟,理论上已可实现最高达16 380倍的细分。在细分倍数低于100倍的细分方法中,应用比较广泛的主要有移相电阻链细分法和矢量运算法;在高倍细分方法中,应用比较广泛的主要有闭环跟踪细分法[5～8]、反正切细分法[9～12]、幅值线性化细分法[13～17]等。细分倍数、细分精度和适应性是评价电子细分方法性能的主要指标。细分误差是指一个栅距内细分间隔的不均匀性误差,其作为信号周期内误差,在早期的研究中一直没有给予足够的重视。随着反射式光栅测量系统向亚微米级精度迈进,细分误差在测量误差中的比重已不容忽略,且细分误差是非线性误差,难以补偿,已成为制约反射式光栅测量系统实现亚微米级精度、纳米级分辨率测量的关键因素,是国内外高精度光栅测量系统设计中面临的共同难题。

细分误差是由细分方法和信号质量决定。实际应用中,有效电子细分倍数受光栅信号质量的限制,不考虑细分误差而一味地提高电子细分倍数是没有实际意义的[18]。……