基于LabVIEW平臺(tái)的新型二維微位移傳感器設(shè)計(jì)*

周國(guó)全，孫東振，彭獲然

（1.武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢 430072；2.廈門一中海滄附屬學(xué)校，福建廈門 361000）

基于LabVIEW平臺(tái)的新型二維微位移傳感器設(shè)計(jì)*

周國(guó)全1*，孫東振1，2，彭獲然1

（1.武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢 430072；2.廈門一中海滄附屬學(xué)校，福建廈門 361000）

基于矩形諧振腔的光學(xué)等傾干涉原理，設(shè)計(jì)了一種新型的二維微位移傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過電耦合器件（CCD）技術(shù)對(duì)等傾干涉產(chǎn)生的周期性干涉條紋進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后將電信號(hào)導(dǎo)入信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行采集與存儲(chǔ)，最后由串行通信發(fā)送至計(jì)算機(jī)，在LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，系統(tǒng)測(cè)量精度可以達(dá)到1 μm～0.1 μm.該系統(tǒng)采用矩形腔等傾干涉和F-P干涉相結(jié)合的方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，且能夠同時(shí)對(duì)二維微位移進(jìn)行精確測(cè)量，可以應(yīng)用于水利工程檢測(cè)維護(hù)，大型建筑安全監(jiān)測(cè)、精密加工中的實(shí)時(shí)控制等很多方面。

位移傳感；矩形干涉腔；光學(xué)干涉；等傾干涉；電耦合器件（CCD）；LabVIEW；二維微位移

科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展一般都是以測(cè)量技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)的，高精度的位移測(cè)量系統(tǒng)是機(jī)械儀表、工具、兵器、宇航等產(chǎn)業(yè)獲得對(duì)位移的精密檢測(cè)與控制的基礎(chǔ)，也是上述產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品及技術(shù)不斷進(jìn)步的制約因素。近年來，傳感器技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)于微位移或微角位移進(jìn)行測(cè)量的傳感器的研究已成為國(guó)內(nèi)外研究的重要方向和主要課題［1-4］。傳統(tǒng)的基于壓電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光纖原理等物理規(guī)律的傳感測(cè)量技術(shù)已經(jīng)頗為成熟，但也存在一些不足，此類傳感測(cè)量技術(shù)一般都是一維的位移測(cè)量，且測(cè)量精度不是很高。利用光纖干涉儀測(cè)量位移，具有測(cè)量精度高的特點(diǎn)，也是近年來應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的基于光強(qiáng)的F-P傳感器，由于腔長(zhǎng)與光強(qiáng)之間是高階非線性的關(guān)系而難以處理，且僅能運(yùn)用于一維光學(xué)測(cè)量。在二維（角）位移傳感方面，依據(jù)光纖技術(shù)、應(yīng)變?cè)?、二維磁效應(yīng)、差動(dòng)電感式及各類光電式傳感器研究方面，已有一定的技術(shù)基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn)積累，例如文獻(xiàn)［3］給出了一種基于應(yīng)變方式進(jìn)行二維微位移（納米級(jí)）測(cè)量的系統(tǒng)，文獻(xiàn)［4］設(shè)計(jì)了一種基于線陣CCD的微小角位移傳感器。但測(cè)量精度，操作難易度，以及成本方面也是參差不齊。近年來隨著電耦合器件CCD（Charge Coupled Device）的不斷完善和提高，CCD技術(shù)已廣泛用于各種非接觸實(shí)時(shí)測(cè)量領(lǐng)域，極大地提高了位移測(cè)量精度，如文獻(xiàn)［4］。而等傾干涉原理與技術(shù)方面的最新進(jìn)展，如文獻(xiàn)［5-6］，為二維光學(xué)微位移傳感技術(shù)的研究提供了新的技術(shù)方向和可能性，如文獻(xiàn)［7-8］。

本文基于作者已公開發(fā)表的矩形腔等傾干涉原理［3］和LabVIEW平臺(tái)，借鑒了作者與其研究生在文獻(xiàn)［6］中運(yùn)用等腰劈的等傾干涉實(shí)現(xiàn)微位移光學(xué)傳感設(shè)計(jì)的得失經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一種新型的基于CCD技術(shù)的二維微位移傳感器。該系統(tǒng)采用兩組等傾干涉原理產(chǎn)生的干涉條紋作為前信號(hào)，經(jīng)CCD進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，通過單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)的采集與預(yù)處理，并且將信號(hào)通過串行通信發(fā)送給PC機(jī)進(jìn)行繪圖，進(jìn)行實(shí)時(shí)的位移監(jiān)測(cè)。因?yàn)榈葍A干涉為多光束干涉，其干涉條紋細(xì)銳，明暗對(duì)比強(qiáng)烈，所以精度很高，理論上可以達(dá)到10-6m～10-7m，因此本系統(tǒng)在肉眼難以觀察的微位移測(cè)距方面有很大的應(yīng)用前景。與作者在文獻(xiàn)［7］的設(shè)計(jì)相比，本文對(duì)微位移傳感器的設(shè)計(jì)思路是基于新穎的矩形腔等傾干涉原理，與文獻(xiàn)［5-7］所述等腰劈的等傾干涉原理一樣，具備多光束等傾干涉所特有的諸般優(yōu)點(diǎn)，例如條紋細(xì)銳，明暗對(duì)比強(qiáng)，分辨本領(lǐng)高等；同時(shí)本文的設(shè)計(jì)更避免了文獻(xiàn)［7］中傳感設(shè)計(jì)的種種弊端_對(duì)位移傳感的測(cè)量?jī)H限于分時(shí)分維模式，即對(duì)一個(gè)維度的干涉板進(jìn)行位移測(cè)量時(shí)，必須固定處于另一維度上的干涉板；因?yàn)楦缮鎻?qiáng)度的變化對(duì)X與Y方向的位移的響應(yīng)是融合在一起而不加區(qū)分的。為區(qū)分它們，文獻(xiàn)［7］只能采取忍痛犧牲對(duì)任一維度上進(jìn)行持續(xù)測(cè)量的要求。這就不可避免地給測(cè)量的連續(xù)性與精度帶來不利影響。而本文的新設(shè)計(jì)避免了這一缺憾。在X與Y兩個(gè)方向的位移都可被持續(xù)、實(shí)時(shí)而且相互獨(dú)立地加以檢測(cè)。

1 傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)組成

本論文研究的系統(tǒng)可分為4個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

第1部分，等傾干涉裝置，主要由矩形腔內(nèi)的等傾干涉和F-P兩組干涉組成，是通過被測(cè)物體的移動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生干涉條紋的移動(dòng)作為光信號(hào)。

第2部分，CCD光電轉(zhuǎn)化裝置，該部分包括兩個(gè)CCD和CCD的驅(qū)動(dòng)電路，兩個(gè)CCD分別接收又兩組干涉條紋產(chǎn)生的光信號(hào)，然后將它接受到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。

第3部分，單片機(jī)部分，包括信號(hào)處理電路和串行通信電路，主要對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行處理，它控制X，Y方向的信號(hào)采集并進(jìn)行預(yù)處理，然后將信號(hào)通過串口送到PC機(jī)。

第4部分，測(cè)量結(jié)果的顯示部分，這主要通過LabVIEW平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)顯示X軸和Y軸方向上的位移，顯示結(jié)果為位移-時(shí)間曲線。

1.2 矩形腔等傾干涉原理

矩形腔等傾干涉不僅對(duì)F-P干涉技術(shù)具有等效性與補(bǔ)充作用，而且具有新的特點(diǎn)，既可對(duì)入射光的偏振性進(jìn)行“改造”以獲得高偏振度的線偏輸出，又可對(duì)干涉強(qiáng)度實(shí)行二維余弦調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)二維微位移的光學(xué)傳感。諸如此類的特性表明，對(duì)矩形腔的干涉原理進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)很有必要［5］。

如圖2所示，ABCD是一個(gè)矩形腔，ABCD是腔內(nèi)外媒介的分界面，內(nèi)外媒介的折射率分別為n2，n1，當(dāng)平行光束I以任意給定的入射角i0和入射位置P點(diǎn)射入腔內(nèi)，腔外的反射線I'，腔內(nèi)部分經(jīng)各邊順次反射之后形成一系列的反射回路，如PP1P2P3P4…不一定閉合，每一個(gè)反射回路在界面DC，AB各向外透射一次，在界面DC得透射線T1，T2，…，在界面AB得透射線T1，T2，…。

圖2 矩形腔等傾干涉

射線集合具有如下特點(diǎn)：

（3）反射線集合｛I'，T1，T2…｝和透射線集合｛T1，T2…｝中，相鄰的兩束光線的幾何（表現(xiàn)）光程差都相等，且僅依賴于入射角i0，而與入射位置P點(diǎn)無關(guān)；

由此可知四邊形QP1P2P3形成一個(gè)平行四邊形，它的周長(zhǎng)為：

而光線在矩形腔內(nèi)路線PP1P2P3P4的長(zhǎng)度為

從P4點(diǎn)做反射光線I'的垂線，垂足為E，由于ΔQPP4為一個(gè)等腰三角形，則有

又由于PE=PP4sini0；n1sini0=n2sini，則I'，T1…之間的光程差為

考慮到光線反射過程中的相位突變問題，可以在相位差中加入一個(gè)偏移相位φ0，則得到實(shí)際相位差為δ=（2π/λ）Δ+φ0=（4π/λ）n2（asini+bcosi）+φ0（6）式中：AB=a，BC=b，λ是入射光的波長(zhǎng)。

這里，我們對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在矩形腔等傾干涉的基礎(chǔ)上結(jié)合F-P干涉進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量，可以同時(shí)精確地測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向的位移。具體裝置如圖3所示。

圖3 光學(xué)干涉裝置

圖3中，干涉系統(tǒng)由兩個(gè)L型的直角板組成，Y方向上的兩平板內(nèi)側(cè)為反射平面鏡，X方向的兩平板為光學(xué)半透膜，涂有能量反射率為R的薄膜，I1和I2為兩束入射光，I1的入射角為i0=i，I2的入射角為i'（零角度附近）。L1和L2構(gòu)成矩形，L1固定不動(dòng)，L2可以沿著X軸和Y軸兩個(gè)方向移動(dòng)，但不能轉(zhuǎn)動(dòng)。由以上討論，可以得到干涉條紋S1和S2中相干光線的相位差分別為：

當(dāng)L2L直角板移動(dòng)時(shí)，a、b會(huì)產(chǎn)生變化，進(jìn)而光程差發(fā)生變化，出現(xiàn)干涉條紋移動(dòng)現(xiàn)象。條紋移動(dòng)過程中相位差的變化量為：

式中：Δa，Δb為L(zhǎng)L型板分別在X和Y方向的位移，k1和k2（k1，k2=1，2，3，…）為S1和S2條紋移動(dòng)的數(shù)目。那么就可以根據(jù)條紋移動(dòng)的信息得到位移的信息.聯(lián)立解上面兩式可得Δa，Δb的值為

由此可得，所測(cè)得的二維位移為

2 信號(hào)采集與處理

2.1 CCD驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

CCD是一種新型的光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為模擬電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)［9-10］.這里我們采用TCD1703C型號(hào)CCD來實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換。

所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路必須滿足TCD1703C脈沖時(shí)序要求才能使CCD正常工作；CPLD是可編程的與域門陣列以及宏單元構(gòu)成；CPLD能夠提供簡(jiǎn)單可預(yù)測(cè)的時(shí)序模型信號(hào)，且在高頻率工作時(shí)保持良好的性能，同時(shí)又有靈活可變的輸出引腳，速度快，功耗低，使用方便，保密性好等特點(diǎn)，故選擇CPLD芯片來實(shí)現(xiàn)CCD驅(qū)動(dòng)電路［11-12］。設(shè)計(jì)思路：①將輸入頻率為1 MHz的方波脈沖進(jìn)行2、4分頻，得到0.5 MHz、0.25 MHz的方波脈沖，其中0.25 MHz的方波脈沖作為時(shí)鐘信號(hào)Φ1，反向后得到時(shí)鐘脈沖Φ2；②將0.5 MHz、0.25 MHz的方波脈沖相與，形成占空比為1∶3，頻率為0.25 MHz的復(fù)位脈沖RS；③將復(fù)位脈沖RS延遲產(chǎn)生另一個(gè)籍位脈沖CP；④對(duì)移位脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，每達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)產(chǎn)生一個(gè)SH脈沖。

根據(jù)以上程序，在Max+plusll上經(jīng)過設(shè)計(jì)輸入，然后選擇型號(hào)為EPM7128SLC84-15的器件，并進(jìn)行引腳鎖定，經(jīng)過器件編譯并進(jìn)行仿真后，得到如圖4所示的仿真結(jié)果。從仿真結(jié)果可觀察到CCD所需的復(fù)位脈沖、移位脈沖和采樣脈沖，三者間的時(shí)序關(guān)系完全符合線陣CCD的要求。這表明理論上這個(gè)方案的可行性已獲證實(shí)。為了對(duì)方案進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，將源程序編譯后通過JTAG接口下載到實(shí)際CPLD硬件芯片中，通過示波器檢測(cè)，得到與仿真圖完全相同時(shí)序的脈沖。這也表明該CCD驅(qū)動(dòng)電路方案完全可行。

圖4 CCD驅(qū)動(dòng)仿真波形

2.2 仿真電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

將CCD轉(zhuǎn)換之后的電信號(hào)通過單片機(jī)組成的仿真電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等預(yù)處理［13-14］。仿真電路可在文獻(xiàn)［7］的仿真電路基礎(chǔ)上修改調(diào)整。我們選用了型號(hào)為AT89C51的單片機(jī)，在接收到經(jīng)CCD電路模數(shù)轉(zhuǎn)化的電信號(hào)后，儲(chǔ)存在片外RAM，使用異步串行通信方式，設(shè)定傳輸波特率為2 400 bit/s，將數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)。文獻(xiàn)［8］為本文所作的仿真實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果顯示，系統(tǒng)工作正常，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的效果。

3 LabVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是美國(guó)NI（National instrument）公司研發(fā)的一種功能強(qiáng)大的圖形化程序開發(fā)環(huán)境，是一個(gè)面向終端用戶的開發(fā)工具。VISA（Virtual Instrumentation Software Architecture）名為虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)框架，是應(yīng)用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn) I/O應(yīng)用程序接口（API），其本身沒有編程能力，它是一套通過調(diào)用底層的代碼來控制硬件的庫(kù)函數(shù)，且調(diào)用過程中不用考慮器件是什么類型的接口［14］。本系統(tǒng)采用VISA程序庫(kù)來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的串行通信，所設(shè)計(jì)LabVIEW平臺(tái)程序框如圖5所示。

圖5 LabVIEW平臺(tái)程序框圖

數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)處理后的X和Y兩個(gè)方向的位移信息采用數(shù)組奇偶項(xiàng)自動(dòng)讀取。讀取的數(shù)據(jù)按照由移位寄存器放進(jìn)數(shù)組的方式進(jìn)行，顯示模塊通過捆綁數(shù)據(jù)數(shù)組與時(shí)間數(shù)組來實(shí)現(xiàn)。首先通過對(duì)i值進(jìn)行“i×2”和“i×2-1”的操作，以獲取了奇數(shù)和偶數(shù)，進(jìn)而連接索引數(shù)組，將數(shù)組里面的奇數(shù)項(xiàng)和偶數(shù)項(xiàng)讀出來，送到后面的處理顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。該方法具有傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，采集速度高，而且不用手動(dòng)切換等特點(diǎn)。

對(duì)于不同波長(zhǎng)的光，包含的位移信息不同，所以，在系統(tǒng)中加入了波長(zhǎng)輸入點(diǎn)。運(yùn)行前要先設(shè)置串口，串口初始化之后根據(jù)系統(tǒng)采用的實(shí)際光填入波長(zhǎng)。

運(yùn)行之后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)X和Y方向上位移的同時(shí)顯示，據(jù)圖6可以看出，LabVIEW平臺(tái)的前面板可以設(shè)計(jì)的和實(shí)際測(cè)量?jī)x器類似的樣子，有很強(qiáng)的直觀性。前面板主要包括兩個(gè)表框，一個(gè)是X方向上的位移時(shí)間圖，一個(gè)是Y方向上的位移時(shí)間圖像。

圖6 LabVIEW平臺(tái)前面板

運(yùn)行結(jié)果顯示，該系統(tǒng)可以很好的實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向上的微位移的測(cè)量與顯示，證明了設(shè)計(jì)方案能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的二維微位移的精密測(cè)量與顯示功能，

同時(shí)也展示了PC機(jī)和單片機(jī)串行通信的一般方法，以及LabVIEW對(duì)數(shù)據(jù)的處理和顯示，使得單片機(jī)和PC機(jī)的應(yīng)用能夠更加協(xié)調(diào)地結(jié)合在一起。本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，可視性強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行良好，符合預(yù)期目的。

4 結(jié)論

本文基于矩形腔等傾干涉原理，利用干涉條紋光強(qiáng)隨空間位移周期性變化的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種使用CCD光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的二維微位移傳感系統(tǒng)。本文對(duì)整個(gè)二維位移傳感系統(tǒng)的控制電路的硬件與軟件進(jìn)行了比較完備的設(shè)計(jì)，初步建立了一套分辨率為微米級(jí)（10-6m～10-7m），并能進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的小型、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，也是其特色之處在于能夠同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)方向上的位移，而不需要在檢測(cè)一個(gè)方向的位移的同時(shí)還要鎖定另外一個(gè)方位不動(dòng)。其所具有的精度高、成本低、性能可靠、體積與功耗小、攜帶與安裝使用方便等特點(diǎn)，使其可在水利工程檢測(cè)維護(hù)、大型建筑安全維修、精密加工中的實(shí)時(shí)控制等方面發(fā)揮很大的作用，擁有廣闊的應(yīng)用前景。但是，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，簡(jiǎn)化了部分問題，也存在需要進(jìn)一步改進(jìn)的一些地方，比如時(shí)間信息的獲取和光電電信號(hào)的轉(zhuǎn)換不是同時(shí)進(jìn)行的，存在一定的時(shí)間差；在光學(xué)干涉裝置設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，兩個(gè)L型的平面板之中有一個(gè)是固定的，另外一個(gè)是隨被測(cè)物體移動(dòng)的，隨物體移動(dòng)的平面板在移動(dòng)的過程中只能夠平動(dòng)，而不能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，已保持其矩形腔構(gòu)型；在LabVIEW平臺(tái)的設(shè)計(jì)過程中，前面板的功能顯示過于簡(jiǎn)單，在后續(xù)的設(shè)計(jì)過程中可以作更細(xì)致的優(yōu)化調(diào)整，使位移的顯示更加詳細(xì)和生動(dòng)；還可以加進(jìn)對(duì)瞬時(shí)移動(dòng)速度的顯示功能，這樣就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)二維微位移的速度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。另一方面，還可以考慮在本二維微位移傳感系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過改進(jìn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)三維位移傳感測(cè)量。這也是我們未來的一個(gè)重要的研究方向。

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［13］郭龍鋼，王宇炎.基于LABVIEW的單片機(jī)串口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2009（11）：129-131.

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周國(guó)全（1965-），男，博士，副教授。1986年畢業(yè)于北京大學(xué)物理系，獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1993年獲武漢水利電力大學(xué)（現(xiàn)為武漢大學(xué)工學(xué)部）工學(xué)碩士學(xué)位（電磁場(chǎng)與光電子技術(shù)方向），2008年獲武漢大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位（場(chǎng)論與粒子物理方向）。長(zhǎng)期從事《電磁場(chǎng)與電磁波》、《電磁學(xué)》、《數(shù)學(xué)物理方法》和《相對(duì)論》的教學(xué)。主要學(xué)術(shù)成就是發(fā)現(xiàn)了矩形腔與等腰劈的等傾干涉現(xiàn)象與原理。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際光學(xué)工程協(xié)會(huì)（SPIE）主辦的《Optical Engineering》，進(jìn)入EI索引。先后發(fā)表科研和教學(xué)論文40余篇，其中進(jìn)入SCI索引的論文5篇，進(jìn)入EI索引的論文5篇。2008年出版教材《電動(dòng)力學(xué)》（副主編），業(yè)余醉心于古典文學(xué)與詩(shī)歌藝術(shù)，曾出版詩(shī)集《行吟者》。研究方向?yàn)殡姶艌?chǎng)與光電子技術(shù)、場(chǎng)論與非線性可積方程，zgq@whu.edu.cn。

A Novel Two-Dimensional Micro-Displacement Sensor Based on LabVIEW Platform*

ZHOU Guoquan1*，SUN Dongzhen1，2，PENG Huoran1
（1.School of Physics and Technology，Wuhan University，Wuhan 430072，China；2.Haicang Branch of Xiamen No.1 High School，Xiamen Fujian 361000，China）

Based on the principle of equal inclination interference in a rectangular cavity，a novel two-dimensional micro-displacement sensor is designed.By use of Charge Coupled Device（CCD）technology and microcontroller，the signal collection，optoelectronic transform，information storage and data communication are completed.The visual display is realized by PC system and LabVIEW platform.The experimental results of fidelity simulation demonstrate that high sensitivity，up to level of 1 μm～0.1 μm，can be achieved.Due to its simplicity，inexpensiveness，and convenience of operation，it is worthy of studying and spreading further in many application fields，such as monitoring the safety maintenance of key water conservancy projects and large buildings，and the real-time control of displacement in precision machining.

displacement sensor；rectangular cavity；optical interference；equal inclination interference；CCD；Lab-VIEW；two-dimensional micro-displacement EEACC：7230

TP212.1；O436.1

A

1004-1699（2015）04-0607-06

10.3969/j.issn.1004-1699.2015.04.026

項(xiàng)目來源：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（10775105）

2014-07-01 修改日期：2015-01-26