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電容位移E+E傳感器溫度漂移主動(dòng)抑制技術(shù)
電容式位移E+E傳感器由于具有分辨率高、頻響高、可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),在精密加工、高精度定位、超精密測(cè)量等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于電容位移E+E傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換和處理電路存在模擬環(huán)節(jié),因此其傳感特性易寄生電容等寄生參數(shù)和溫度的影響。

電容位移E+E傳感器溫度漂移主動(dòng)抑制技術(shù)
使用運(yùn)算放大式測(cè)量方法在一定程度上解決了寄生參數(shù)的問(wèn)題,但是運(yùn)算放大式的電容位移E+E傳感器對(duì)參考電容的特性要求非常嚴(yán)格,參考電容的溫度特性直接影響E+E傳感器的溫度特性,使用目前的低溫漂電容還是不能滿足納米精度測(cè)量的要求。因此,如何有效的抑制電容位移E+E傳感器的溫度漂移成為研制納米精度電容位移E+E傳感器的技術(shù)關(guān)鍵。基于運(yùn)算放大式電容位移E+E傳感器的特點(diǎn),對(duì)其測(cè)量原理和溫度漂移成因進(jìn)行了分析,提出了通過(guò)對(duì)電容位移E+E傳感器小溫度場(chǎng)進(jìn)行控制來(lái)抑制其溫度漂移的策略,并設(shè)計(jì)了一套電容位移E+E傳感器主動(dòng)抑制系統(tǒng)。首先,根據(jù)運(yùn)算放大式電容E+E傳感器的溫度漂移成因,給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。超精密平臺(tái)中使用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器提供位移進(jìn)給,采用集成應(yīng)變式位移E+E傳感器的驅(qū)動(dòng)器能夠減小磁滯與蠕變特性,提高位移控制精度。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)應(yīng)變式位移E+E傳感器位移檢測(cè)電路,介紹電容位移E+E傳感器位移測(cè)量原理;設(shè)計(jì)位移E+E傳感器電路,采用儀表放大器、同相衰減器與低通濾波器電路得到正比于位移變化的電壓信號(hào)并輸出;zui后對(duì)位移E+E傳感器電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:設(shè)計(jì)的E+E傳感器檢測(cè)電路的電噪聲峰-峰值為0.390mV,輸出電壓分辨率小于0.6mV,對(duì)應(yīng)的位移E+E傳感器的分辨可達(dá)1nm,能夠有效提高壓電陶瓷的精度。并完成了閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì),包括控制器模塊電路、執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊電路、反饋電路和其他外圍電路。其次,完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),主要包括主程序、溫度采集程序設(shè)計(jì)、D/A轉(zhuǎn)換程序及RS232串行通信程序的設(shè)計(jì)。 再次,對(duì)PID控制和Bang-Bang控制進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了抗積分飽和PID控制和Bang-Bang控制復(fù)合的控制算法,并實(shí)現(xiàn)了算法向單片機(jī)的程序移植。

電容位移E+E傳感器溫度漂移主動(dòng)抑制技術(shù)
zui后,對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)能夠顯著抑制電容位移E+E傳感器溫度漂移。綜上所述,針對(duì)電容位移E+E傳感器溫度漂移的問(wèn)題,提出了一種主動(dòng)抑制技術(shù),并完成了電容位移E+E傳感器溫度漂移主動(dòng)抑制系統(tǒng)的研制,有效的解決了電容位移E+E傳感器溫度漂移問(wèn)題。