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新型光場式時柵E+E位移傳感器原理與實驗研究
精密測量技術水平體現了一個國家的綜合實力和技術水平，制造技術的發展、軍工裝備的提升和高技術領域的發展等都依賴于精密測量技術的發展水平。在眾多精密位移測量方法中，光學測量以其高精度、大量程、高可靠性等優勢占據主導的地位，其中又以激光干涉儀和光柵傳感器應用。然而，由于傳統光學精密測量傳感器的制造設備價格極其昂貴，并且國外對我國嚴格封鎖，導致我國光學精密測量技術及設備遠遠落后于*技術水平。

新型光場式時柵E+E位移傳感器原理與實驗研究
E+E研制出了一種以時間脈沖為測量基準的E+E位移傳感器，發明并命名了一種新型E+E位移傳感器——時柵。經過十幾年的發展歷程，前期研究的磁場式時柵已經取得了有目共睹的成績。然而隨著產業化進程的深入推廣，現有磁場式時柵因為受電磁感應原理、及自感、互感等因素的影響，在測量精度和動態特性上都難以進一步提高，促使時柵研究工作向某些性能更優的光場方向延伸。在此背景下，本文延續前期時柵傳感器的研究基礎，開展新型光場式時柵傳感器研究，試圖在光學領域通過構建運動坐標系的方法，實現時間對空間位移的測量，以降低傳感器制造難度和加工成本。主要的研究內容和創新點如下：從測量基準時空轉換理論出發，闡述了光場式時柵位移測量的關鍵是構建一種光場勻速掃描的運動坐標系。在此基礎上，系統的總結了實現勻速運動的三種方式為機械運動、構造行波和自然行波。并將人為構造的空間場強周期性變化的運動方式定義為構造行波。對比分析了自然行波與構造行波的產生機理、特點和在位移測量中的應用。從光的波粒二象性的本質出發，創新性的提出了實現光場式時柵的三種測量方法并對其傳感機理展開研究：分析了以電機驅動和光敏單元時序驅動的掃描方式，在光場強度恒定的情況下，實現光場勻速掃描的靜態光場式時柵傳感機理；分析了以光強正交調制，構造空間周期性變化的運動光場掃描方式，實現構造行波勻速掃描的動態光場式時柵傳感機理；分析了以低頻差圓偏振干涉方法合成旋轉光場的掃描方式，實現自然行波勻速掃描的另一種動態光場式時柵傳感機理。利用線陣CCD內部集成的高精度光敏陣列單元，結合靜態光場式時柵測量原理，提出一種空間均勻分布，時序相互錯開的CCD勻速掃描的測量方式；設計了一種基于線陣CCD的靜態光場式時柵傳感器。并開展了相應的實驗研究，實現了整周±5"的測量精度。設計了兩種動態光場式時柵傳感器，分別為：光場耦合的動態光場式時柵和差頻干涉的動態光場式時柵，并重點介紹了光場耦合式時柵的結構設計、硬件設計和軟件設計等。以光場耦合的動態光場式時柵為例，研制了*動態光場式時柵線性E+E位移傳感器樣機，搭建了一套實驗系統。研究了影響光場構造行波勻速性的各種因素，分析了各種因素給測量結果帶來的影響，探索出了一套實現高精度測量的實驗方法。所研制的動態光場式時柵原理樣機，在54mm測量范圍內，實現了±0.5μm的測量精度。綜上所述，在對時柵E+E位移傳感器運動坐標系構建方法的深入剖析的基礎上，從易到難，從簡單到復雜，從低級到高級，探索出了三種不同級別的運動掃描方式，分別為機械掃描、光場構造行波和自然行波合成三種實現方法。并詳細分析了三種方法的時柵測量傳感機理。分別研制了“CCD時柵”和“光場耦合式時柵”兩種傳感器樣機，開展了大量實驗研究。

新型光場式時柵E+E位移傳感器原理與實驗研究
本課題屬于預研性質的原創性基礎研究，其研究內容無論對于傳統的光學位移測量還是新型時柵位移測量，都是一個全新的探索過程，可借鑒的資料很少。實驗結果已驗證了理論推導的科學性和正確性。所研制的傳感器原理樣機的精度與現有磁場式時柵傳感器精度相當，但離大量程、納米級測量尚有較大差距，希望以后能夠不斷取得突破，使其精度真正達到納米級測量精度。