用于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的納米位移傳感器信號采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，眾多高科技領(lǐng)域均已進(jìn)入了納米世界，如航天產(chǎn)品的加工與制造、精密元器件的測量、高密度集成電路等等。由于納米尺度具有接近于原子和分子尺寸的特點(diǎn)，一般的常規(guī)技術(shù)已不再適用，因此，研究納米技術(shù)，特別是納米操作與測量技術(shù)就成為當(dāng)前各國研究的熱點(diǎn)方向。壓電陶瓷（PZT）驅(qū)動(dòng)器以其優(yōu)良的性能廣泛地應(yīng)用于納米級的微操作與微定位領(lǐng)域。然而由于其本身存在著遲滯、蠕變和非線性等不足，嚴(yán)重影響到其納米級驅(qū)動(dòng)的精度。針對壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器

2、存在的上述問題，我們設(shè)計(jì)了一種可以對壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)輸出位移進(jìn)行檢測的位移傳感器，通過基于位置反饋的閉環(huán)控制方法來提高壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的定位精度。通過對納米位移傳感器放大機(jī)構(gòu)的3代改進(jìn)，傳感器的測量精度已經(jīng)達(dá)到了納米級別。本文正是在該位移傳感器原有工作基礎(chǔ)之上，試圖通過改進(jìn)其數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)來進(jìn)一步提高傳感器的測量精度。通過對原有的第二代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，先后設(shè)計(jì)并完成了第三代及第四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，使位移傳感器的分辨率

3、由原來的10nm提高到目前的3nm。本文以中科院合肥智能所機(jī)器人傳感器實(shí)驗(yàn)室多年來在力傳感器和位移測試平臺的研究工作為基礎(chǔ)，利用中科院沈陽自動(dòng)化所微納米實(shí)驗(yàn)室的納米位移掃描定位臺為試驗(yàn)平臺，研制能夠檢測壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)位移信息的納米級位移傳感器。主要研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴在深入研究應(yīng)變式電橋電路輸出信號特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，先后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了第三代及第四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的硬件電路。硬件電路主要包括電橋調(diào)零電路、前端多級放大電

4、路、抗混疊濾波電路、數(shù)據(jù)采集電路及與上位機(jī)通信的USB電路。試驗(yàn)結(jié)果表明該電路可以在放大微弱差分信號的同時(shí)，有效地抑制環(huán)境周圍存在的噪聲干擾。
　　 ⑵設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于LabVIEW的人機(jī)交互界面。該軟件可以實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與存儲、分析及處理等功能，同時(shí)允許用戶通過上位機(jī)發(fā)送命令實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)的訪問與控制。
　　 ⑶分別搭建了基于位移和力輸入的兩套傳感器測試平臺。利用新設(shè)計(jì)的第三代及第四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)對納米位移