調(diào)頻式電容E+E位移傳感器中若干關(guān)鍵技術(shù)研究
電容E+E位移傳感器因其高分辨力、高頻響和非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)精度、往復(fù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性以及檢定工件尺寸、平直度等的測(cè)量,被廣泛應(yīng)用于超精密定位和超精密測(cè)量領(lǐng)域。目前微電子制造業(yè)、微光學(xué)器件加工和微機(jī)械制造等領(lǐng)域中超精密加工技術(shù)的發(fā)展迅猛,研究具有高頻響、高分辨力和高信噪比的微E+E位移傳感器,已經(jīng)成為傳感測(cè)量領(lǐng)域中重要的研究方向。

調(diào)頻式電容E+E位移傳感器中若干關(guān)鍵技術(shù)研究
針對(duì)調(diào)頻式電容E+E位移傳感器進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研究,主要解決調(diào)頻式電容傳感器中存在的穩(wěn)定性、零點(diǎn)漂移和非線性誤差等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,在此基礎(chǔ)上提高傳感器的位移靈敏度和抗干擾能力。通過(guò)深入研究傳感器的制作方法,將數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合,利用差頻調(diào)頻技術(shù)研制了調(diào)頻式電容E+E位移傳感器,主要研究工作如下:利用調(diào)頻電路具有抗電磁干擾能力強(qiáng)和傳輸特性好的優(yōu)點(diǎn),通過(guò)雙路差頻方法使LC振蕩器在獲得高振蕩頻率(3.7MHz)同時(shí)提高了調(diào)制靈敏度,并為提高中頻檢波靈敏度提供條件;針對(duì)調(diào)頻電容傳感器存在LC振蕩器頻率隨機(jī)漂移和溫度漂移,致使傳感器輸出信號(hào)穩(wěn)定性差,零點(diǎn)存在漂移的問(wèn)題,通過(guò)設(shè)計(jì)合理的電路結(jié)構(gòu)降低極間分布電容、負(fù)載電阻對(duì)頻率穩(wěn)定度的影響,提高振蕩電路的交流輸入阻抗以抑制振蕩電路的Q值下降;同時(shí)利用硬件溫度補(bǔ)償技術(shù)抑制溫度漂移,以保證頻率的穩(wěn)定性;深入研究基于變壓器耦合的相位鑒頻器,通過(guò)調(diào)節(jié)鑒頻器特性曲線對(duì)電容傳感器的非線性進(jìn)行補(bǔ)償,該鑒頻方法不僅具有寬頻響,而且提高了傳感器的線性度。針對(duì)目前機(jī)載系統(tǒng)地面試驗(yàn)的要求,設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、通用性好的E+E位移傳感器仿真電路;運(yùn)用模擬乘法鎰AD633完成基準(zhǔn)載波信號(hào)幅度的調(diào)制,簡(jiǎn)化了硬件電路的復(fù)雜度;利用運(yùn)算放大器的非線性反饋以及三極管的電流放大特性,大大提高了電路的帶負(fù)載能力;使用基準(zhǔn)電壓和以及調(diào)節(jié)接口的設(shè)置提高了仿真電路的通用性;在某飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)地面試驗(yàn)中的應(yīng)用表明該E+E位移傳感器仿真電路能夠?qū)崿F(xiàn)角E+E位移傳感器及線E+E位移傳感器信號(hào)的仿真,運(yùn)行穩(wěn)定、波形良好,有一定的推廣意義。

調(diào)頻式電容E+E位移傳感器中若干關(guān)鍵技術(shù)研究
針對(duì)電容傳感器中存在的高頻電子噪聲,研制了四階巴特沃思濾波器,有效地抑制了噪聲對(duì)測(cè)量傳感信號(hào)的影響;同時(shí)利用軟件查表法對(duì)傳感器中固有的非線性進(jìn)行校正。zui后,對(duì)傳感器的性能進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,前振電路的分辨力達(dá)到5nm,非線性度低于3%,振蕩器頻率穩(wěn)定度為1.55×10~(-6)。