納米時(shí)柵位移傳感器的信號(hào)處理技術(shù)研究.pdf

1、精密位移測量技術(shù)是高檔數(shù)控機(jī)床和裝備制造的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到相關(guān)國家重大專項(xiàng)的順利進(jìn)行和國家重大工程的向前推進(jìn)，其水平高低是衡量一個(gè)國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。近十年來，精密位移測量技術(shù)得到了長足的發(fā)展，已全面進(jìn)入納米時(shí)代。國內(nèi)外有關(guān)大量程納米位移傳感器研究的重點(diǎn)是光柵測量方法，但是精密光刻和高倍穩(wěn)定的細(xì)分是納米光柵測量的兩大技術(shù)難點(diǎn)，難以突破?；诖?，在前期時(shí)柵研究的基礎(chǔ)上，提出一種基于交變電場的納米時(shí)柵位移傳感器。在納米時(shí)柵研究過

2、程中，發(fā)現(xiàn)對(duì)測量系統(tǒng)的信號(hào)特征與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不足，制約了測量精度的提高，主要表現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)參考系勻速性、信號(hào)耦合通道和信噪比三方面。
　　針對(duì)上述三方面的問題，本文立足于信號(hào)與系統(tǒng)的整體性，通過尋找誤差源頭并從根源上減小誤差，開展了納米時(shí)柵信號(hào)處理技術(shù)研究，主要的研究內(nèi)容如下：首先，在深入研究納米時(shí)柵的基本結(jié)構(gòu)和傳感原理的基礎(chǔ)上，對(duì)信號(hào)傳輸回路進(jìn)行了系統(tǒng)分析，根據(jù)分析結(jié)果建立了信號(hào)傳輸模型，重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)電路模型進(jìn)行研究，找到了具體誤差來

3、源是分布參數(shù)大、器件參數(shù)一致性差和信號(hào)傳輸效率低；然后，針對(duì)誤差來源，提出了跟隨器隔離技術(shù)、閉環(huán)控制技術(shù)和多路比較技術(shù)，并融入到系統(tǒng)中，對(duì)納米時(shí)柵信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，完成了系統(tǒng)研制；最后，開展了從電路級(jí)到系統(tǒng)級(jí)再到應(yīng)用級(jí)的大量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不損失響應(yīng)速度等性能的前提下，新的納米時(shí)柵信號(hào)處理技術(shù)將系統(tǒng)誤差減小了37.5％，將隨機(jī)誤差減小了66.7%，納米時(shí)柵最終位移測量精度達(dá)到±200nm，分辨率達(dá)到1nm，并且在工業(yè)環(huán)境下表現(xiàn)