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(shí)際測量中由于對中問題，操作困難，難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量，并且電容檢測電路多采用大量濾波器、運(yùn)算放大器等分立元器件，電路結(jié)構(gòu)復(fù)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(yán)重制約了傳感器的發(fā)展。
　　本文設(shè)計(jì)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(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(jìn)行了設(shè)計(jì)，并利用COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件對所設(shè)計(jì)探頭電場分布進(jìn)行研究，驗(yàn)證其設(shè)計(jì)的合理性。其次，在對常用微電容檢測電路基本工作原理進(jìn)行分析對比的基礎(chǔ)上，提出以AD7747電容數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片作為檢測電路

3、的設(shè)計(jì)方案，并以CY7C68013A單片機(jī)作為硬件電路控制器，設(shè)計(jì)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(jìn)行理論分析與計(jì)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(shè)計(jì)的位移標(biāo)定試驗(yàn)臺，完成了傳感器的靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，采用最小二乘法多項(xiàng)式擬合方法對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，得到了電容值隨位移變化的關(guān)系。并對實(shí)