單極式高頻響電容位移傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、非接觸動態(tài)測量技術(shù)在現(xiàn)代加工制造領(lǐng)域有廣泛而重要的應(yīng)用，如光刻系統(tǒng)中掩模臺的位姿測量、飛機發(fā)動機精密軸系的動態(tài)測量等。電容位移傳感器具有動態(tài)特性好、分辨力高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點非常適合高精度、非接觸動態(tài)測量。但電容位移傳感器在測量中，易受傳感器探頭的邊緣效應(yīng)影響且被測電容在傳輸過程中往往會被信號線路的分布電容所淹沒。這些問題在動態(tài)測量中表現(xiàn)會更加突出。因此解決電容傳感器存在的這兩個問題，成為電容位移傳感器進行高精度動態(tài)測量應(yīng)用的關(guān)鍵。

2、>　　課題針對目前電容傳感器存在的兩個關(guān)鍵問題展開研究工作。主要方法在現(xiàn)有電容位移傳感器運算放大式調(diào)幅電路的基礎(chǔ)上，提出采用復(fù)合補償動態(tài)調(diào)制的辦法，提高目前調(diào)制電路中檢測微小電容和抗干擾的能力；采用數(shù)學(xué)建模和理論仿真，設(shè)計出參數(shù)優(yōu)化后的三環(huán)電容傳感器探頭；最后針對傳感器調(diào)制電路中存在輸出電壓隨溫度變化敏感和工頻信號干擾等問題，設(shè)計出差分式整流電路，并與陷波濾波、多反饋濾波器構(gòu)成傳感器信號的檢波環(huán)節(jié)。本課題主要研究工作包括：
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3、.對目前運算放大調(diào)幅式電容位移傳感器主要方法進行深入分析。在綜合比較各類方法的基礎(chǔ)上，課題設(shè)計了復(fù)合補償動態(tài)調(diào)制電路并結(jié)合不完全驅(qū)動電纜技術(shù)，構(gòu)成傳感器信號調(diào)制部分，通過仿真分析證明設(shè)計的合理性；
　　2.針對傳感器前置電路中存在較多的分離元件引起的溫度漂移、元件的寄生電容以及工頻信號等均以共模干擾的形成出現(xiàn)在電路中。課題采用半波整流電路與儀用放大電路構(gòu)成的差分式全波整流電路，既保留了模擬整流電路的速度優(yōu)勢，同時又結(jié)合儀用放大電路

4、具有高共模抑制特性，從而快速準(zhǔn)確地將傳感器信號與載波信號進行分離。最后結(jié)合陷波濾波、多反饋低通濾波電路構(gòu)成傳感器信號檢波環(huán)節(jié)；
　　3.深入研究分析電容位移傳感器探頭的設(shè)計方法。采用三環(huán)單極式探頭設(shè)計，結(jié)合傳感器的靈敏度、測量范圍等指標(biāo)，以理想的平行平板電容器與邊緣效應(yīng)方程為數(shù)學(xué)模型進行參數(shù)設(shè)計并通過仿真分析驗證電容傳感器探頭的合理性并給出探頭的誤差分析；
　　4.設(shè)計傳感器的屏蔽結(jié)構(gòu)，完成載波信號的程序設(shè)計及傳感器的數(shù)據(jù)采