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光栅传感器广泛应用于精密检测设备中,是提取测量信号的重要器件;光栅信号质量是影响光栅传感器测量精度的关键因素,光栅读数头与光栅尺之间的相对位置关系对光栅信号质量有着重要影响;因此,研究光栅读数头微动量对光栅信号质量的影响规律,对安装调试光栅传感器及改善光栅信号的质量都有重要的理论意义和实际工程应用价值。论文以透射式光栅传感器为研究对象,建立光栅读数头在空间六自由度的微动量与光栅信号利萨如图形离心率和倾斜角之间的关系;研究光栅信号利萨如图形的离心率和倾斜角与光栅信号质量间的影响规律。论文主要研究内容及结论如下:1.根据莫尔条纹的傅立叶分析方法以及光栅测量系统的工作原理,建立同时考虑光电池性能参数、光电池安装位置、光栅副之间相对位置等因素的光栅信号利萨如图形的数学模型。2.研究光栅读数头微动对光栅信号利萨如图形形状的影响规律,分析光栅读数头在空间各自由度微动时对光栅信号质量的影响,实例验证光栅信号利萨如图形数学模型的正确性。得出光栅读数头在Yaw向微动时对光栅信号质量的影响最大,且光栅信号利萨如图形的离心率和倾斜角与光栅读数头Yaw向微动量之间存在规律性的数学关系。3.光栅读数头Yaw向微动试验结果与数值仿真得到的光栅信号利萨如图形的变化趋势一致,且试验测量与数值仿真得到的光栅信号利萨如图形的离心率和倾斜角的相对误差分别小于1%和3%,验证了理论分析的正确性和有效性。4.分别对多组光栅读数头Yaw向微动试验的试验数据进行圆锥曲线和对数曲线的最小二乘拟合。通过对比两种曲线的拟合误差,得出光栅读数头Yaw向微动量和其相对应的光栅信号利萨如图形离心率之间符合对数关系,并拟合出两者之间的规律性方程。5.利用圆光栅传感器的结构及性能,设计一套用于测量轴系误差的结构,为基于光栅读数头微动效应实现轴系切向位移测量误差的分离方法提供研究基础。本文建立的数学模型和发现的数值关系为光栅生产中信号质量调整和使用中的运动部件(读数头)运动误差实时监测和误差修正提供了理论基础。所设计的机械结构为光栅读数头微动效应的应用做了前期准备。