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電容位移E+E傳感器溫度漂移主動抑制技術
電容式位移E+E傳感器由于具有分辨率高、頻響高、可實現(xiàn)非接觸式測量等優(yōu)點,在精密加工、高精度定位、超精密測量等領域得到廣泛的應用。由于電容位移E+E傳感器信號轉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抑制技術
使用運算放大式測量方法在一定程度上解決了寄生參數(shù)的問題,但是運算放大式的電容位移E+E傳感器對參考電容的特性要求非常嚴格,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傳感器的技術關鍵。基于運算放大式電容位移E+E傳感器的特點,對其測量原理和溫度漂移成因進行了分析,提出了通過對電容位移E+E傳感器小溫度場進行控制來抑制其溫度漂移的策略,并設計了一套電容位移E+E傳感器主動抑制系統(tǒng)。首先,根據(jù)運算放大式電容E+E傳感器的溫度漂移成因,給出了系統(tǒng)的總體設計方案。超精密平臺中使用壓電陶瓷驅動器提供位移進給,采用集成應變式位移E+E傳感器的驅動器能夠減小磁滯與蠕變特性,提高位移控制精度。設計并實現(xiàn)應變式位移E+E傳感器位移檢測電路,介紹電容位移E+E傳感器位移測量原理;設計位移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并輸出;zui后對位移E+E傳感器電路進行實驗驗證。實驗結果表明:設計的E+E傳感器檢測電路的電噪聲峰-峰值為0.390mV,輸出電壓分辨率小于0.6mV,對應的位移E+E傳感器的分辨可達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)硬件電路的設計,包括控制器模塊電路、執(zhí)行器驅動模塊電路、反饋電路和其他外圍電路。其次,完成了系統(tǒng)的軟件設計,主要包括主程序、溫度采集程序設計、D/A轉換程序及RS232串行通信程序的設計。 再次,對PID控制和Bang-Bang控制進行了研究,設計了抗積分飽和PID控制和Bang-Bang控制復合的控制算法,并實現(xiàn)了算法向單片機的程序移植。

電容位移E+E傳感器溫度漂移主動抑制技術
zui后,對系統(tǒng)的性能進行了實驗研究,實驗結果表明系統(tǒng)能夠顯著抑制電容位移E+E傳感器溫度漂移。綜上所述,針對電容位移E+E傳感器溫度漂移的問題,提出了一種主動抑制技術,并完成了電容位移E+E傳感器溫度漂移主動抑制系統(tǒng)的研制,有效的解決了電容位移E+E傳感器溫度漂移問題。