基于電容法的微位移測(cè)量技術(shù)的研究.pdf_第1頁(yè)
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1、電容式微位移測(cè)量技術(shù)作為非接觸式測(cè)量技術(shù)的主要手段,廣泛用于精密加工、高精度定位與精密測(cè)量等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的電容式位移傳感器多采用平行極板的結(jié)構(gòu)形式,在實(shí)際測(cè)量中由于對(duì)中問(wèn)題,操作困難,難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量,并且電容檢測(cè)電路多采用大量濾波器、運(yùn)算放大器等分立元器件,電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,易受環(huán)境影響,測(cè)試精度與穩(wěn)定性難以保證。這些因素都嚴(yán)重制約了傳感器的發(fā)展。
  本文設(shè)計(jì)的球型極板電容位移傳感器具有各向同性的特性,從原理上有效解決了傳感器的對(duì)中

2、問(wèn)題,并在對(duì)常用微電容檢測(cè)電路基本測(cè)量原理進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了以電容數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片為核心的微電容檢測(cè)電路,有效解決了傳統(tǒng)電容檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性差,易受環(huán)境影響的問(wèn)題。具體研究工作為:首先,對(duì)傳感器探頭的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì),并利用COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)探頭電場(chǎng)分布進(jìn)行研究,驗(yàn)證其設(shè)計(jì)的合理性。其次,在對(duì)常用微電容檢測(cè)電路基本工作原理進(jìn)行分析對(duì)比的基礎(chǔ)上,提出以AD7747電容數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片作為檢測(cè)電路

3、的設(shè)計(jì)方案,并以CY7C68013A單片機(jī)作為硬件電路控制器,設(shè)計(jì)了包括外部存儲(chǔ)電路、通訊接口電路、電源電路及濾波電路的電容檢測(cè)硬件控制系統(tǒng)。再次,利用鏡像法與分離變量法對(duì)球型極板電容位移傳感器的電容特性進(jìn)行理論分析與計(jì)算,并利用Mathematica9.0軟件編程得到其電容特性關(guān)系曲線。最后,利用所設(shè)計(jì)的位移標(biāo)定試驗(yàn)臺(tái),完成了傳感器的靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn),采用最小二乘法多項(xiàng)式擬合方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理,得到了電容值隨位移變化的關(guān)系。并對(duì)實(shí)

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