高精度电容式传感器测量微位移校正方法研究.ppt

高精度电容式传感器 测量微位移非线性校正方法研究 答 辩 人: 王 言 伟 指导教师: 黄 向 东 日 期: 2008年7月3日 目 录 z课题任务 z非线性校正方法研究 z生成正弦信号的方法研究 z实验结果 z结论 课题任务 z电容传感器测量精度的提高,对超精密加工和 测量有着不可估量的价值。本文主要研究在调 幅式电容位移传感器精密测量系统中，涉及的 非线性校正技术以及高精度载波信号发生技术 ，目的是希望能够更进一步提高电容位移传感 器精密测量系统的测量精度。 课题任务 一实现电容传感器非线性校正 二生成高精度高稳定性的正弦波 目 录 z课题任务 z非线性校正方法研究 z生成正弦信号的方法研究 z实验结果 z结论 非线性校正方法研究 平板式电容传感器 非线性来源 非线性校正方法研究 电容传感器标定实验装置 数据采集实验 柔性铰链微动工作台图 非线性校正方法研究 位移nm电压 V 1987-8.140 23 113-6.289 35 456-4.399 48 201-2.407 511 237-0.415 614 3251.479 717 4963.252 820 5744.854 923 4916.270 1027 2147.949 实验数据记录 表1 电容传感器输出数据 位移nm电压 V 12 032-7.222 24 239-5.352 36 788-3.403 49 707-1.401 512 7760.552 615 9172.378 719 0384.067 822 0465.581 924 8376.899 1026 0967.451 表2 验证数据 非线性校正方法研究 非线性校正效果评价 z线性度体现了校正后电容传感器的输入输出曲线的线 性程度，线性度是用实测的检测系统输入-输出特性 曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比 表示的： z校正后电容传感器的输入输出曲线的线性度越小，校 正效果越好。 非线性校正方法研究 最小二乘法 一次多项式拟合 二次多项式拟合 三次多项式拟合 分段线性插值法 非线性校正方法研究 最小二乘法非线性校正 一次多项式拟合曲线 非线性校正方法研究 最小二乘法非线性校正 校正后的曲线的曲线线性度为3.6% 一次多项式拟合非线性实验 曲线 非线性校正方法研究 最小二乘法非线性校正 二次多项式拟合曲线 非线性校正方法研究 最小二乘法非线性校正 校正后的曲线的线性度为0.22% 二次多项式拟合非线性实验曲线 非线性校正方法研究 最小二乘法非线性校正 三次多项式拟合曲线 非线性校正方法研究 最小二乘法非线性校正 校正后的曲线的线性度为0.61% 三次多项式拟合非线性实验曲线 非线性校正方法研究 分段线性插值法非线性校正曲线 分段线性插值法非线性校正 非线性校正方法研究 分段线性插值法非线性实验曲线 分段线性插值法非线性校正 校正后的曲线的线性度为0.18% 非线性校正方法研究 非线性校 正方 法 最小二乘法 分段线性 插值 法 一次多项 式拟 合 二次多项 式拟 合 三次多项 式拟 合 线性度%3.60.220.610.18 非线性校正方法研究 程序设计 目 录 z课题任务 z非线性校正方法研究 z生成正弦信号的方法研究 z实验结果 z结论 生成正弦信号的方法研究 AC桥路法电容位移传感器测量电路原理图 生成正弦信号的方法研究 基于FPGA直接数字合成式正弦波发生器原理图 生成正弦信号的方法研究 字长64点128点256点512点 100.03360.02290.1940.184 120.02970.01670.01150.0097 140.02870.01490.00840.0027 参数选择 表3 波形失真度与离散点数及字长关系 综合考虑后各项指标后，本文取离散点数为500、字长为12 生成正弦信号的方法研究 基于FPGA直接数字合成式正弦波发生器程序原理图 软件设计 生成正弦信号的方法研究 基于FPGA直接数字合成式正弦波发生器原理图 生成正弦信号的方法研究 低通滤波电路 硬件设计 调幅电路 目 录 z课题任务 z非线性校正方法研究 z生成正弦信号的方法研究 z实验结果 z结论 实验结果 基于FPGA的非线性校正 仿真非线性校正输出 实验结果 DDS信号发生器 仿真生成正弦波 实验结果 DDS信号发生器 实验生成正弦波 结 论 本文研究对传感器的非线性校正技术和高精度载波信 号发生技术进行了研究，通过这两个环节的完善，改 进调幅式电容传感器精密测量系统的性能。 一、设计非线性校正的数据采集实验，针对课题采用 的电容传感器的性能，以分段线性插值法作为校正方 法，设计了基于FPGA的非