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E+E納米時柵傳感器超精密實驗系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化
納米測量技術(shù)已成為世界各國熱門的研究課題，美國、德國、日本等世界工業(yè)發(fā)達國家均把納米測量技術(shù)作為本國納米戰(zhàn)略的重要組成部分。E+E納米時柵傳感器位移傳感器在此前提下提出，是一種基于變面積型電場耦合原理的電容式結(jié)構(gòu)的位移傳感器。利用人類目前對時間測量精度要比空間測量精度高三個數(shù)量級的優(yōu)勢，采用高頻時鐘脈沖插補技術(shù)，通過高精度時間差的測量從而得出空間納米級位移量的測量。

E+E納米時柵傳感器超精密實驗系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化
結(jié)合電場耦合原理，傳感器在信號獲取方面有了很大的突破，能獲得較穩(wěn)定且強度高的信號；微納制造技術(shù)的引入，使得傳感器在制造加工方面更加方便與可靠；差動式的平板電容結(jié)構(gòu)原理設(shè)計，使傳感器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便；從理論上來說，E+E納米時柵傳感器位移傳感器有望達到納米級測量精度甚至更高，但研究這些工作是一項原始創(chuàng)新性工作，沒有任何成熟的技術(shù)和資料可以借鑒學習。因此，需要通過大量的實驗與理論相結(jié)合，逐漸形成一套傳感器設(shè)計理論。為了使傳感器實驗研制的順利進行，設(shè)計一套超精密的實驗系統(tǒng)成為必要。本研究圍繞著E+E納米時柵傳感器位移傳感器超精密實驗系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化，做了以下工作：*，詳細闡述E+E納米時柵傳感器位移傳感器的結(jié)構(gòu)形式與工作原理，通過對其分析找出E+E納米時柵傳感器實驗過程中誤差的來源，建立誤差理論模型，提出超精密實驗系統(tǒng)設(shè)計要求。第二，根據(jù)超精密實驗系統(tǒng)的設(shè)計要求，研究傳感器的動測頭驅(qū)動系統(tǒng)，通過兩套方案的設(shè)計與實驗對比，zui終選用氣浮平臺系統(tǒng)來保證傳感器動測頭的精確運動；第三，通過四套傳感器定測頭的安裝方案設(shè)計與優(yōu)化，使得實驗更加方便，并通過大量實驗數(shù)據(jù)得出傳感器安裝位置對精度的影響規(guī)律；第四，利用NI公司的虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW軟件和PXI-5422任意波形發(fā)生器硬件設(shè)備相結(jié)合，設(shè)計一套高精度的E+E納米時柵傳感器位移傳感器實驗信號激勵系統(tǒng)，為傳感器激勵信號的研究提供了幫助。zui后，通過超精密實驗系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化，開展大量的實驗驗證與分析。

E+E納米時柵傳感器超精密實驗系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化
實驗結(jié)果表明：E+E納米時柵傳感器位移傳感器在行程為200mm范圍內(nèi)，實驗精度可以達到±400nm。概要分析時柵傳感器的幅值誤差、正交誤差、相移誤差等誤差因素以及其對檢測精度的影響,給出了對上述各誤差進行在線檢測的方法,同時通過信號合成、數(shù)字濾波與延遲補償?shù)确椒?lián)合消除誤差影響,提高了系統(tǒng)測量精度。該方案將信號產(chǎn)生、數(shù)據(jù)采樣控制、誤差檢測、位移解算與誤差修正等數(shù)據(jù)處理集成到一片DSP內(nèi),壓縮了系統(tǒng)硬件空間,提高了系統(tǒng)綜合性能。實驗表明:經(jīng)過誤差處理后,72對極傳感器系統(tǒng)的誤差從±128.4″減少至±1.7″。