基于压电陶瓷开环调制的位移测量方法

摘要

一种基于压电陶瓷开环调制的位移测量方法，属于测量技术领域，其特征在于对压电陶瓷施加周期性三角波驱动电压，使其往返运动，在相反的运动方向上分别找出对应一定压电陶瓷长度的基准位置，并取得对应此基准位置的驱动电压，计算其平均值。可由所述平均值的变化乘以周期性三角波电压驱动下当驱动电压上升时的位移-驱动电压曲线以及当驱动电压下降时的位移-驱动电压曲线的平均值曲线中接近线性的中段区域的斜率计算出待测位移量。这种方法的优点在于可以有效改善压电陶瓷的迟滞和非线性，提高位移测量的精度；对压电陶瓷进行开环控制即可，没有增加系统复杂性和成本；便于与其它位移测量方法相结合，实现大量程高精度位移测量。

主权项

一种基于压电陶瓷开环调制的位移测量方法，其特征在于，依次含有以下步骤：步骤(1)，搭建一个作位移测量用的基于压电陶瓷开环调制的位移测量系统，含有作位移测量用的半外腔式双频激光器(1)、偏振分光棱镜(2)、第一光电探测器(3‑1)，第二光电探测器(3‑2)、双输入双输出的光电转换电路(4)、单片机(5)、压电陶瓷驱动器(6)以及压电陶瓷(7)，其中：半外腔式双频激光器(1)，含有：输出镜(1‑1)，增益管(1‑2)，镀有双层增透膜的增透窗片(1‑3)，双折射晶体(1‑4)，以及作位移测量用的腔镜(1‑5)，其中：输出镜(1‑1)，与所述增益管(1‑2)相连，增透窗片(1‑3)，与所述增益管(1‑2)的另一端相连，双折射晶体(1‑4)，位于所述增益管(1‑2)和所述腔镜(1‑5)之间，偏振分光棱镜(2)，将所述半外腔式双频激光器(1)所输出的双频激光分开，第一光电探测器(3‑1)，接收所述偏振分光棱镜(2)所分开的水平偏振光，第二光电探测器(3‑2)，接收所述偏振分光棱镜(2)所分开的垂直偏振光，双输入双输出的光电转换电路(4)，设有所述水平偏振光信号输入端和所述垂直偏振光信号输入端，水平偏振光转换电压输出端和所述垂直偏振光转换电压输出端，单片机(5)设有：所述压电陶瓷(7)在产品出厂时测定的在周期性三角波电压驱动下当驱动电压上升时的位移‑驱动电压曲线以及当驱动电压下降时的位移‑驱动电压曲线的平均值曲线中接近线性的中段区域的斜率α，还设有：该单片机(5)向所述压电陶瓷驱动器(6)输出的数字形式的周期性三角波驱动电压，压电陶瓷驱动器(6)向所述压电陶瓷(7)施加数模转换及功率放大后的所述周期性三角波驱动电压，步骤(2)，依次按以下步骤测量腔镜(1‑5)的位移，步骤(2.1)，开启所述半外腔式双频激光器(1)，步骤(2.2)，所述单片机(5)通过所述压电陶瓷驱动器(6)对所述压电陶瓷(7)施加所述周期性三角波驱动电压后，该压电陶瓷(7)带动所述腔镜(1‑5)沿所述半外腔式双频激光器(1)的轴向往返运动，在所述周期性三角波驱动电压上升区和下降区产生的位移大小相等方向相反，步骤(2.3)，所述单片机(5)分别测定：在上升区内，在各采样点上，分别测量所述水平偏振光转换电压值与所述周期性三角波驱动电压值之间的对应曲线关系，及所述垂直偏振光转换电压值与所述周期性三角波驱动电压值之间的对应曲线关系，在下降区内，在各采样点上，分别测量所述水平偏振光转换电压值与所述周期性三角波驱动电压值之间的对应曲线关系，及所述垂直偏振光转换电压值与所述周期性三角波驱动 电压值之间的对应曲线关系，所述上升区和下降区的采样点数与采样间隔相等，步骤(2.4)，在腔镜(1‑5)的位移开始前，所述单片机(5)在所述周期性三角波电压驱动下当驱动电压上升时的位移‑驱动电压曲线以及当驱动电压下降时的位移‑驱动电压曲线的平均值曲线中接近线性的中段区域，从步骤(2.3)得到的结果中找到当所述水平偏振光转换电压值与所述垂直偏振光转换电压值相等时，分别对应的所述周期性三角波驱动电压上升区和下降区的电压值，分别用V1和V2表示，取其平均值为VA，步骤(2.5)，在腔镜(1‑5)的位移结束后，所述单片机(5)在所述周期性三角波电压驱动下当驱动电压上升时的位移‑驱动电压曲线以及当驱动电压下降时的位移‑驱动电压曲线的平均值曲线中接近线性的中段区域，从步骤(2.3)得到的结果中找到当所述水平偏振光转换电压值与所述垂直偏振光转换电压值相等时，分别对应的所述周期性三角波驱动电压上升区和下降区的电压值，分别用V3和V4表示，取其平均值为VB，步骤(2.6)，VA和VB的差值(VA‑VB)，乘以所述单片机(5)中预存的所述周期性三角波电压驱动下当驱动电压上升时的位移‑驱动电压曲线以及当驱动电压下降时的位移‑驱动电压曲线的平均值曲线中接近线性的中段区域的斜率α，即可得位移S。