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(dòng)態(tài)測(cè)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(tái)的位姿測(cè)量、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)精密軸系的動(dòng)態(tài)測(cè)量等。電容位移傳感器具有動(dòng)態(tài)特性好、分辨力高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)非常適合高精度、非接觸動(dòng)態(tài)測(cè)量。但電容位移傳感器在測(cè)量中，易受傳感器探頭的邊緣效應(yīng)影響且被測(cè)電容在傳輸過(guò)程中往往會(huì)被信號(hào)線路的分布電容所淹沒(méi)。這些問(wèn)題在動(dòng)態(tài)測(cè)量中表現(xiàn)會(huì)更加突出。因此解決電容傳感器存在的這兩個(gè)問(wèn)題，成為電容位移傳感器進(jìn)行高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量應(yīng)用的關(guān)鍵。

2、>　　課題針對(duì)目前電容傳感器存在的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題展開研究工作。主要方法在現(xiàn)有電容位移傳感器運(yùn)算放大式調(diào)幅電路的基礎(chǔ)上，提出采用復(fù)合補(bǔ)償動(dòng)態(tài)調(diào)制的辦法，提高目前調(diào)制電路中檢測(cè)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(jì)出參數(shù)優(yōu)化后的三環(huán)電容傳感器探頭；最后針對(duì)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(hào)干擾等問(wèn)題，設(shè)計(jì)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(hào)的檢波環(huán)節(jié)。本課題主要研究工作包括：
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3、.對(duì)目前運(yùn)算放大調(diào)幅式電容位移傳感器主要方法進(jìn)行深入分析。在綜合比較各類方法的基礎(chǔ)上，課題設(shè)計(jì)了復(fù)合補(bǔ)償動(dòng)態(tài)調(diào)制電路并結(jié)合不完全驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)，構(gòu)成傳感器信號(hào)調(diào)制部分，通過(guò)仿真分析證明設(shè)計(jì)的合理性；
　　2.針對(duì)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(hào)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(shì)，同時(shí)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(hào)與載波信號(hào)進(jìn)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(hào)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(jì)方法。采用三環(huán)單極式探頭設(shè)計(jì)，結(jié)合傳感器的靈敏度、測(cè)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(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)并通過(guò)仿真分析驗(yàn)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(jì)傳感器的屏蔽結(jié)構(gòu)，完成載波信號(hào)的程序設(shè)計(jì)及傳感器的數(shù)據(jù)采