納米時柵位移傳感器的信號處理技術研究.pdf

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

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

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