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新型大量程X-Y-θ三自由度栅式电容位移传感器设计

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传感技术学报 2015年第3期28卷 357-362页

作者：余建平王文卢科青李欣衢州学院机械工程学院浙江衢州324000 杭州电子科技大学机械工程学院杭州310018

提出实现大量程X-Y-θ三自由度位移测量的栅式电容位移传感器设计并分析其测量特性。考虑偏航角误差影响,建立典型直线型栅式电容位移传感器偏航角误差模型,分析偏航角误差对线性位移测量精度的影响。并依此提出X-Y-θ三自由度位移测量... 详细信息

提出实现大量程X-Y-θ三自由度位移测量的栅式电容位移传感器设计并分析其测量特性。考虑偏航角误差影响,建立典型直线型栅式电容位移传感器偏航角误差模型,分析偏航角误差对线性位移测量精度的影响。并依此提出X-Y-θ三自由度位移测量新方法,通过和差化积解耦算法分离偏航角误差对X-Y线性位移测量的影响,同时输出偏航角位移量。实验结果表明,所设计的传感器偏航角位移θ为0.2°,0.4°,0.8°和2.0°时,X-Y线性位移信号的非线性度维持在0.24%-0.62%之间,拟合输出偏航角位移信号的最大误差量不超过0.01°。三自由度位移量解耦效果明显,测量稳定性得到显著改善。

关键词：电容位移传感器大量程三自由度偏航角

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高温电容位移传感器的设计与实验研究

传感技术学报 2016年第10期29卷 1509-1515页

作者：毕超郭霞徐昌语杨辉北京航空精密机械研究所精密制造技术航空科技重点实验室北京100076

为了精确测量航空发动机中的轴承座与外部机匣之间的相对变形量,应用高温合金、氧化铝陶瓷以及耐高温电缆等研制了可用于高温环境的特种电容位移传感器。将其安装于机匣的承力支板中,即可实现该相对变形量的测量。传感器采用双层屏蔽结... 详细信息

为了精确测量航空发动机中的轴承座与外部机匣之间的相对变形量,应用高温合金、氧化铝陶瓷以及耐高温电缆等研制了可用于高温环境的特种电容位移传感器。将其安装于机匣的承力支板中,即可实现该相对变形量的测量。传感器采用双层屏蔽结构,并应用驱动电缆技术减小干扰信号的影响。本文首先对所设计的传感器进行了仿真分析,以验证其结构合理性,然后搭建实验平台完成了传感器的标定与性能测试,并进行了高温验证实验。实验结果表明,本文所研制的高温电容位移传感器能够在0-2.0 mm的范围内实现位移的精确测量,测量误差小于0.02 mm,并且能够在室温-500℃的温度范围内稳定工作,因而可以满足使用要求。

关键词：航空发动机电容位移传感器仿真高温验证

电容位移传感器信号转换及非线性校正技术研究

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电容位移传感器信号转换及非线性校正技术研究

作者：朱盼哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超精密电容位移监测传感器由于具有结构简单可靠、位移分辨力高、动态响应快、可实现非接触式测量等优点,近年来在超精密测量、纳米技术、精密工程等领域获得了广泛应用。电容位移传感器中,传感信号的高精度转换及大量程范围内传感特性... 详细信息

超精密电容位移监测传感器由于具有结构简单可靠、位移分辨力高、动态响应快、可实现非接触式测量等优点,近年来在超精密测量、纳米技术、精密工程等领域获得了广泛应用。电容位移传感器中,传感信号的高精度转换及大量程范围内传感特性的非线性校正是两个技术难点和研究热点。本文对这两项关键技术进行了深入系统的研究,主要研究内容如下:1.采用超外差变换信号调理方式对前振器调频式信号转换电路发出的调频信号进行频率检测,将频率的变化量精确地转换成电压的变化量,便于信号的采集与数据处理。采用直接数字频率合成(DDS)技术设计了超外差电路中本振信号的发生单元,产生的本振信号具有极高的频率稳定性和幅值稳定性;2.采用大规模现场可编程门阵列(FPGA)为核心器件设计了基于曲线拟合法的传感特性非线性校正电路,以国际通用的标准浮点格式IEEE754统一运算中的浮点数表示形式,以VHDL语言对算法进行了实现。采用流水线技术合理设计运算过程,有效地缩短数据处理的时间,最终实现了传感器特性非线性的实时在线校正;3.根据对测量精度和响应速度的要求设计合适的采样电路和数模转换输出电路,实现精确采集数据和驱动下一个执行元件的功能。课题对传感信号转换与传感特性非线性校正模块进行了相应的软、硬件设计,对印刷电路板进行了组装与调试。实验结果表明:各项精度指标均达到了要求。

关键词：电容位移传感器超外差非线性校正曲线拟合法

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电容位移传感器温度漂移主动抑制技术研究

电容位移传感器温度漂移主动抑制技术研究

作者：欧耀东哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电容式位移传感器由于具有分辨率高、频响高、可实现非接触式测量等优点,在精密加工、高精度定位、超精密测量等领域得到广泛的应用。由于电容位移传感器信号转换和处理电路存在模拟环节,因此其传感特性易寄生电容等寄生参数和温度的影... 详细信息

电容式位移传感器由于具有分辨率高、频响高、可实现非接触式测量等优点,在精密加工、高精度定位、超精密测量等领域得到广泛的应用。由于电容位移传感器信号转换和处理电路存在模拟环节,因此其传感特性易寄生电容等寄生参数和温度的影响。使用运算放大式测量方法在一定程度上解决了寄生参数的问题,但是运算放大式的电容位移传感器对参考电容的特性要求非常严格,参考电容的温度特性直接影响传感器的温度特性,使用目前的低温漂电容还是不能满足纳米精度测量的要求。因此,如何有效的抑制电容位移传感器的温度漂移成为研制纳米精度电容位移传感器的技术关键。本文基于运算放大式电容位移传感器的特点,对其测量原理和温度漂移成因进行了分析,提出了通过对电容位移传感器小温度场进行控制来抑制其温度漂移的策略,并设计了一套电容位移传感器主动抑制系统。首先,根据运算放大式电容传感器的温度漂移成因,给出了系统的总体设计方案。并完成了闭环控制系统硬件电路的设计,包括控制器模块电路、执行器驱动模块电路、反馈电路和其他外围电路。其次,完成了系统的软件设计,主要包括主程序、温度采集程序设计、D/A转换程序及RS232串行通信程序的设计。再次,对PID控制和Bang-Bang控制进行了研究,设计了抗积分饱和PID控制和Bang-Bang控制复合的控制算法,并实现了算法向单片机的程序移植。最后,对系统的性能进行了实验研究,实验结果表明系统能够显著抑制电容位移传感器温度漂移。综上所述,本文针对电容位移传感器温度漂移的问题,提出了一种主动抑制技术,并完成了电容位移传感器温度漂移主动抑制系统的研制,有效的解决了电容位移传感器温度漂移问题。

关键词：电容位移传感器温度漂移主动抑制半导体控温

基于激光干涉的电容位移传感器非线性误差标定方法

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激光与光电子学进展 2017年第10期54卷 255-262页

作者：王大鹏金星周伟静李南雷装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

针对微推力测量中电容位移传感器需要频繁标定非线性误差的问题,提出了一种基于激光干涉的现场标定方法。标定原理为:在直线位移台上同时调节可动角隅棱镜与测量目标的位置,进而改变干涉光路光程差及电容位移传感器极板间距,以激光干涉... 详细信息

针对微推力测量中电容位移传感器需要频繁标定非线性误差的问题,提出了一种基于激光干涉的现场标定方法。标定原理为:在直线位移台上同时调节可动角隅棱镜与测量目标的位置,进而改变干涉光路光程差及电容位移传感器极板间距,以激光干涉测量结果为基准,采用线性拟合方法,对传感器非线性误差进行标定。搭建了基于常用光学元件的干涉光路,对应用于微推力测量中不同量程的传感器进行标定。在分析干涉光强变化特点的基础上,确定了干涉条纹数计算方法,得到干涉光路的位移测量精度为66.5nm。实验验证了该校准装置的实用性和准确性,最后对标定结果、传感器输出非线性误差以及影响激光干涉测量精度的主要因素进行了分析,得到激光干涉测量总误差为67.2nm。

关键词：测量标定激光干涉电容位移传感器非线性误差微推力测量

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基于数字合成与检波技术的电容位移传感器

哈尔滨工业大学学报 2002年第5期34卷 706-709页

作者：刘文超丁雪梅哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所黑龙江哈尔滨150001

调幅式电容传感器在实际应用中存在稳定性差、漂移大、线性度差等问题 .为解决这一综合技术障碍 ,采用直接数字合成和数字检波的方法 ,将传统电路中模拟的环节数字化 ,研制出了具有极高幅值和频率稳定性的载波信号 ,保证了检波过程中测... 详细信息

调幅式电容传感器在实际应用中存在稳定性差、漂移大、线性度差等问题 .为解决这一综合技术障碍 ,采用直接数字合成和数字检波的方法 ,将传统电路中模拟的环节数字化 ,研制出了具有极高幅值和频率稳定性的载波信号 ,保证了检波过程中测量通道和参考通道良好的相位一致性 .运用HP5 5 2 9双频激光干涉仪对改进后的调幅式电容位移传感器进行长期稳定性实验及标定 ,实验结果表明 :在 30 μm量程范围内 ,分辨力为 2nm、稳定性为 6nm/ 30min、线性度为 0 .16 % ,传感器性能良好 .可见 ,基于数字技术的调幅式电容位移传感器有效地改善了上述各项性能指标 ,实现了传感器的高精度、高稳定性 .

关键词：直接数字合成数字检波电容位移传感器

基于电容位移传感器与金属球的三维定位方法与实验研究

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仪表技术与传感器 2018年第2期 166-170,179页

作者：陶鑫袁道成李少博中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621000 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

文中提出一种基于电容位移传感器测量金属球的非接触三维定位方法。通过理论与实验方法研究了定位精度的影响因素,发现定位精度与传感器的参数、金属球球径、传感器与金属球表面之间的距离等参数有关。通过优化参数设计实验,采用CSH02FL... 详细信息

文中提出一种基于电容位移传感器测量金属球的非接触三维定位方法。通过理论与实验方法研究了定位精度的影响因素,发现定位精度与传感器的参数、金属球球径、传感器与金属球表面之间的距离等参数有关。通过优化参数设计实验,采用CSH02FL-CRm1,4电容式微位移传感器获得了小于2μm的x、y方向定位精度,小于0.1μm的z方向定位精度。

关键词：三维定位非接触电容位移传感器

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电容位移传感器的研制

地震地磁观测与研究 1988年第5期 116-124页

作者：陈宏水付迺珍国家地震局地球物理研究所

电容式位移传感器具有灵敏度高、分辨力强、能检测10mμ甚至更小的位移,特别适合于宽频带、长周期地震仪的应用。本文是作者为 BSO 井下地震计系统研制的变间隙式电容位移传感器。文中分析了电容传感器的基本原理及其分布参数的影响,介... 详细信息

电容式位移传感器具有灵敏度高、分辨力强、能检测10mμ甚至更小的位移,特别适合于宽频带、长周期地震仪的应用。本文是作者为 BSO 井下地震计系统研制的变间隙式电容位移传感器。文中分析了电容传感器的基本原理及其分布参数的影响,介绍提高电容传感器性能的一些措施以及达到的技术指标。

关键词：电容式传感器地震计相敏检波桥路地震仪器电容传感器差动电容结构电容位移传感器位移变化

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基于电容位移传感器的金属线胀系数测量

实验室研究与探索 2013年第1期32卷 30-32页

作者：刘崧钟双英李鸿南昌大学理学院江西南昌330031

针对由微小位移测量误差引起金属线胀系数测定实验精度降低的问题,介绍了一种传感器测量金属线胀系数的新方法。变极距式电容位移传感器在有效的线性工作范围内输出电压与极板间隙的变化具有良好的线性输出关系,能极大地提高金属受热膨... 详细信息

针对由微小位移测量误差引起金属线胀系数测定实验精度降低的问题,介绍了一种传感器测量金属线胀系数的新方法。变极距式电容位移传感器在有效的线性工作范围内输出电压与极板间隙的变化具有良好的线性输出关系,能极大地提高金属受热膨胀时微小位移的测量精度。利用变极距式电容位移传感器替代千分表测量金属线胀系数,不仅操作简单,实验测量误差大幅降低,而且能实现数据采集和处理的一体化。

关键词：电容位移传感器线胀系数微小位移