盤(pán)形柵式位移傳感器信號(hào)獲取與處理方法研究.pdf

1、在位移測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的是柵式位移傳感器,主要有光柵、感應(yīng)同步器等?，F(xiàn)代科學(xué)與生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展,對(duì)機(jī)械位移測(cè)量要求更高的精度、效率和可靠性。本文中盤(pán)形柵式位移傳感器是課題組探索高精度位移測(cè)量的一個(gè)產(chǎn)物。該傳感器采用了MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))加工技術(shù),是一種新型位移傳感器,理論上其原始信號(hào)精度比感應(yīng)同步器更高。本文的主要工作就是對(duì)盤(pán)形柵式位移傳感器信號(hào)獲取與處理方法進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。本文作了以下幾部分工作。
　　1.通過(guò)將盤(pán)形柵式位移

2、傳感器與感應(yīng)同步器進(jìn)行對(duì)比的方式,介紹了盤(pán)形柵式位移傳感器測(cè)量原理及其特點(diǎn),理論上論證了盤(pán)形柵式位移傳感器原始檢測(cè)信號(hào)精度比感應(yīng)同步器更高。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)對(duì)其檢測(cè)信號(hào)采取時(shí)間脈沖插補(bǔ)細(xì)分的方法。
　　2.對(duì)盤(pán)形柵式傳感器的微弱信號(hào)獲取方法進(jìn)行了探討,并設(shè)計(jì)了盤(pán)形柵式傳感器微弱信號(hào)提取電路。建立了前置放大的噪聲模型,通過(guò)從噪聲優(yōu)化、阻抗匹配和增益等角度詳細(xì)分析了微弱信號(hào)提取電路設(shè)計(jì)方法,以達(dá)到最小信噪比的目的。并用NI multi

3、sim11.0軟件對(duì)電路有效性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　3.介紹了傳感器數(shù)據(jù)處理方法,并設(shè)計(jì)了傳感器位移測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用FPGA芯片作控制和信號(hào)處理核心,使整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的電路體積更小,開(kāi)發(fā)周期更短。FPGA可編程特性,易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí)。FPGA硬件結(jié)構(gòu)能夠使處理速度更快,信號(hào)受到干擾更小。并針對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)了抗干擾措施。
　　4.對(duì)引起測(cè)量誤差的因素進(jìn)行了分析。對(duì)加工誤差、安裝誤差以及電氣參數(shù)誤差等誤差源對(duì)測(cè)量精度造成

4、的影響進(jìn)行了討論。并采取一定措施減小這些誤差的影響。
　　5.以高精度光柵作為母儀,對(duì)盤(pán)形柵式位移傳感器進(jìn)行靜態(tài)精度試驗(yàn)研究,測(cè)試得到靜態(tài)誤差為±3.2"以?xún)?nèi)。精度測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了傳感器原理正確性和信號(hào)提取和處理方法的可行性。
　　綜上所述,本課題對(duì)盤(pán)形柵式位移傳感器采用了時(shí)間脈沖對(duì)信號(hào)進(jìn)行細(xì)分的方法。根據(jù)該細(xì)分方法,對(duì)傳感器微弱信號(hào)提取方法和數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了位移測(cè)量系統(tǒng),并對(duì)引起誤差的各種因素進(jìn)行了理論分析