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大量程場式時柵E+E位移傳感器設(shè)計技術(shù)研究
納米位移測量技術(shù)是現(xiàn)代科技發(fā)展的基礎(chǔ)和導(dǎo)向，也是重大科學(xué)的前沿，國內(nèi)多位學(xué)者已經(jīng)展開了納米測量技術(shù)的相關(guān)研究。納米直線E+E位移傳感器是現(xiàn)代工業(yè)、國防軍工等特殊需求的核心技術(shù)和關(guān)鍵部件。目前，量程可以達(dá)到幾百毫米的納米級E+E位移傳感器主要是包括光柵、激光干涉儀、感應(yīng)同步器、容柵、磁柵等。

大量程場式時柵E+E位移傳感器設(shè)計技術(shù)研究
現(xiàn)階段而言，一百毫米以上的大量程的納米測量只有光柵和激光干涉儀兩種測量儀器可以實現(xiàn)。 光柵傳感器是目前zui常見的納米測量儀器，光柵是利用精密的刻線測量位移量，也就是說光柵的精度、分辨率*依賴于儀器加工時刻線的精度。提出一種基于"互聯(lián)網(wǎng)+"思維的時柵E+E位移傳感器研究方法。通過網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)時柵的數(shù)據(jù)采集、處理。同時,利用網(wǎng)絡(luò)間的傳感器形成互校正體系,保持傳感器的精度穩(wěn)定性,實現(xiàn)產(chǎn)品的遠(yuǎn)程診斷與調(diào)試維修功能。通過網(wǎng)絡(luò)化集群構(gòu)建傳感器互校正體系的方案不僅可以提升時柵產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化,而且也將加快時柵E+E位移傳感器產(chǎn)品化進(jìn)程。目前，海德漢公司研制的LIP201型光柵E+E位移傳感器在270mm量程內(nèi)精度實現(xiàn)了±100nm。但光柵刻線加工時受到光學(xué)衍射極限、測量范圍與測量精度相互制約的影響，制約光柵進(jìn)一步向納米級發(fā)展。 時柵傳感器是針對目前國內(nèi)外納米測量的技術(shù)瓶頸由我國*提出的以時間測量空間的方式，是一種利用“柵面”代替“柵線”測量位移的儀器。電場式時柵E+E位移傳感器是基于電場耦合原理和微納加工技術(shù)設(shè)計研發(fā)的一種新式時柵傳感器。相比傳統(tǒng)時柵具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、工藝成熟、測量精度高等特點。電場式時柵是向著大量程納米級測量儀器的研究的一項突破性項目，同時將在理論的基礎(chǔ)上設(shè)計出傳感器樣機(jī)。主要針對電場式時柵傳感器的樣機(jī)加工，進(jìn)行了以下幾點工作：簡單介紹了電場時柵的傳感器的設(shè)計原理并利用COMSOL軟件建立電場仿真模型，分析傳感器的電場分布情況，初步確定了傳感器的電極間距、動定尺間距、電極間隙對于電場分布的影響，確定了時柵的設(shè)計參數(shù)。針對時柵E+E位移傳感器網(wǎng)絡(luò)化通信的要求,提出了一種時柵E+E位移傳感器便攜式遠(yuǎn)程測量系統(tǒng)的設(shè)計方案。根據(jù)時柵E+E位移傳感器的特點,該系統(tǒng)采用STM32F103和AD9959產(chǎn)生激勵信號,選擇以太網(wǎng)、WIFI、GPRS作為互聯(lián)網(wǎng)通信接口,實現(xiàn)傳感器互聯(lián)網(wǎng)功能,建立時柵E+E位移傳感器產(chǎn)品后臺服務(wù)終端,以達(dá)到時柵E+E位移傳感器產(chǎn)品遠(yuǎn)程防偽、遠(yuǎn)程故障診斷與自校準(zhǔn)功能。采用Android人機(jī)交互界面進(jìn)行數(shù)據(jù)管理,具有低功耗、使用方便、操作簡單等特點,提升了時柵傳感器產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化和智能化功能。當(dāng)結(jié)構(gòu)不同的定子電樞繞組中通以對稱交流電時,它們可以在定子和轉(zhuǎn)子的氣隙中建立特性有差異的旋轉(zhuǎn)磁場。把這些旋轉(zhuǎn)磁場作為動坐標(biāo)系所構(gòu)成的時柵E+E位移傳感器,其精度和分辯率會有所不同。為了提高時柵E+E位移傳感器的性能,對不同定子繞組建立的旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行比較。

大量程場式時柵E+E位移傳感器設(shè)計技術(shù)研究
在仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上設(shè)計掩膜版，并根據(jù)可能出現(xiàn)的問題設(shè)計出解決方案，針對大量程加工的難度提出高精度拼接技術(shù)實現(xiàn)電場時柵傳感器樣機(jī)的加工。對于加工出的樣機(jī)在形貌、結(jié)構(gòu)以及測試性能進(jìn)行測試，初步實現(xiàn)的電場式時柵傳感器微納米級測量。通過對大量程高精度電場式時柵傳感器的加工，形成一套基于高精度拼接技術(shù)的大量程傳感器的微納加工技術(shù)，有望為我國的位移測量技術(shù)的提高作出一定的貢獻(xiàn)。