高精度电容式传感器测量微位移校正方法研究

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1、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日目录课题任务非线性校正方法研究生成正弦信号的方法研究实验结果结论课题任务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课题任务非线性校正方法研究生成正弦信

2、号的方法研究实验结果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V1987-8.14023113-6.28935456-4.39948201-2.407511237-0.4156143251.4797174963.2528205744.8549234916.27010272147.949实验数据记录表1电容传感器输出数据位移nm电压V12032-7.22224239-5.35236788-3.

3、40349707-1.4015127760.5526159172.3787190384.0678220465.5819248376.89910260967.451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：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

4、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

5、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课题任务非线性校正方法研究生成正弦信号的方法研究实验结果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

6、究字长64点128点256点512点100.03360.02290.1940.184120.02970.01670.01150.0097140.02870.01490.00840.0027参数选择表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课题任务非线性校正

7、方法研究生成正弦信号的方法研究实验结果结论实验结果基于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的非线性校正方法程序。二、设计了基于FPGA的低功耗、高稳定性的正弦信号发生电路，为电

8、容位移传感器提供提供频率和幅值稳定性高的正弦信号激励信号。通过理论计算，曲线的非线性误差为0.18%，效果较好。欢迎各位老师指正！谢谢！