電容式非接觸靜力水準(zhǔn)傳感器的研制.pdf

1、靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)(Hydrostatic Levelling System，簡稱HLS)作為實(shí)時監(jiān)測觀測點(diǎn)高程位置變化的裝置，在大型建筑和大科學(xué)工程中得到廣泛運(yùn)用，尤其在對位置精度要求很高的粒子加速器上的應(yīng)用顯得越來越重要。本論文完成了電容式非接觸靜力水準(zhǔn)傳感器的可行性驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、樣機(jī)試制和測試實(shí)驗(yàn)等工作，主要內(nèi)容如下:
　　 在充分研究國內(nèi)外高精度靜力水準(zhǔn)傳感器的基礎(chǔ)上，并基于商品級電容傳感器進(jìn)行測試研究后，設(shè)計(jì)了電容式非接觸式靜

2、力水準(zhǔn)傳感器。缽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，在缽體底部配備溫度傳感器并加工三個細(xì)牙螺紋孔，具有溫度檢測和水平調(diào)節(jié)功能。液位檢測技術(shù)方面采用帶有保護(hù)環(huán)的變間隙式電容傳感結(jié)構(gòu)，選擇熱膨脹系數(shù)較低且相近的96％Al2O3陶瓷基片和鈀銀漿料電極材料，結(jié)合厚膜傳感技術(shù)及絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)工藝完成厚膜電容傳感器的研制。對于電容信號檢測電路，基于高精度、集成式電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7747與集成USB2.0協(xié)議的微處理器CY7C68013，配合上位機(jī)，在實(shí)現(xiàn)對電容信號的

3、測量、存儲和處理的同時，也降低了靜力水準(zhǔn)傳感器的開發(fā)周期和成本。溫度信號的檢測是采用三線制RTD，設(shè)計(jì)基于LabVIEW的程序?qū)崿F(xiàn)對溫度信號的采集。
　　 溫度、邊緣效應(yīng)和工作介質(zhì)材料屬性是幾個影響電容式非接觸靜力水準(zhǔn)傳感器精度的重要因素，論文闡述了這些誤差項(xiàng)的原因及應(yīng)對措施，有效地減小誤差并提高了靜力水準(zhǔn)傳感器的測量精度。
　　 搭建電容式非接觸靜力水準(zhǔn)傳感器的測試實(shí)驗(yàn)平臺，完成了系統(tǒng)的零點(diǎn)校準(zhǔn)、穩(wěn)定性、重復(fù)性、線性度

4、、分辨率、漂移和溫度檢測實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:電容信號的平均輸出零點(diǎn)偏差約為0.053pF，可通過AD7747的配置寄存器進(jìn)行調(diào)整消除;四次穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果之間的標(biāo)準(zhǔn)差為0.00416mm，且最大偏差小于2.9％;三次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果的極差小于單點(diǎn)100次測量值的標(biāo)準(zhǔn)差，最大點(diǎn)偏差為1.18％，體現(xiàn)系統(tǒng)很高的重復(fù)性;系統(tǒng)具有2.6％的線性度，0.01mm的分辨率和半小時內(nèi)0.016pF的最大漂移量而產(chǎn)生的0.0313mm的偏移量。