基于電容法的微位移測量技術(shù)的研究.pdf

1、電容式微位移測量技術(shù)作為非接觸式測量技術(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，在實際測量中由于對中問題，操作困難，難以實現(xiàn)準確測量，并且電容檢測電路多采用大量濾波器、運算放大器等分立元器件，電路結(jié)構(gòu)復雜，易受環(huán)境影響，測試精度與穩(wěn)定性難以保證。這些因素都嚴重制約了傳感器的發(fā)展。
　　本文設計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中

2、問題，并在對常用微電容檢測電路基本測量原理進行研究分析的基礎上，設計了以電容數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片為核心的微電容檢測電路，有效解決了傳統(tǒng)電容檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性差，易受環(huán)境影響的問題。具體研究工作為:首先，對傳感器探頭的結(jié)構(gòu)尺寸進行了設計，并利用COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件對所設計探頭電場分布進行研究，驗證其設計的合理性。其次，在對常用微電容檢測電路基本工作原理進行分析對比的基礎上，提出以AD7747電容數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片作為檢測電路

3、的設計方案，并以CY7C68013A單片機作為硬件電路控制器，設計了包括外部存儲電路、通訊接口電路、電源電路及濾波電路的電容檢測硬件控制系統(tǒng)。再次，利用鏡像法與分離變量法對球型極板電容位移傳感器的電容特性進行理論分析與計算，并利用Mathematica9.0軟件編程得到其電容特性關(guān)系曲線。最后，利用所設計的位移標定試驗臺，完成了傳感器的靜態(tài)標定實驗，采用最小二乘法多項式擬合方法對實驗數(shù)據(jù)進行擬合處理，得到了電容值隨位移變化的關(guān)系。并對實