用于六自由度纳米工作台的位移传感器研制.pdf

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1、用于六自由度纳米工作台的位移传感器研制Studyonadisplacementsensorforthe6-DOFnanometertable2011年3月伴≯也共J屠肛≯灶人矽导厩令渗铷7壶有咨割识投洌毅苏彩兹＼．名。治纽：纵永员人专乙，鲥钤互独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金匿王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学

2、位论文作者签字．芦右k字日期．2。7J年午月甥日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金篷王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。允许论文被查阅或借阅。本人授权金自墨王些盘堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文者签名：际番兰⋯名：李蟒签字日期：zolt年牛月甥日签字日期：?∥年节月2艿日学位论文作者毕业后去向：Z工作单位：通讯地址：电话：蚴瑶熊蝴：7／汐护够用于六自由度纳米工作台的位移

3、传感器研制摘要本学位论文选题为国家自然科学基金项目“纳米三坐标测量机关键技术的研究”(5017524)的后续研究。项目中研制了一个六自由度纳米工作台，该工作台的压电陶瓷驱动器控制系统通过抗蠕变和抗迟滞的驱动方法使工作台的定位精度达到了0．050“m，但工作台的定位速度较慢，不能应用于快速场合。本论文的目的是利用位移传感器进行工作台位置反馈，通过闭环控制来提高六自由度纳米工作台的定位速度，从而拓展它的应用范围。为与纳米工作台匹配，位移传感器的体积应在20mmx20mm×40mm安装空间内，测量范围不小于301xm，测量误差小于士0．0501am，位移分辨率不低于O

4、．Olp,m。光纤微弯式位移传感器具有体积小、造价低、系统简单、测量灵敏度高和不易受环境干扰等特点，能满足六自由度纳米工作台的要求。因此，本文对微弯式光纤位移传感器进行了研究，主要研究成果如下：1．根据光纤微弯理论，分析了微弯调制周期和光纤结构等因素对微弯式光纤位移传感器灵敏度的影响，基于分析结果，设计了光路系统并确定了光纤、光源和光电探测器等关键部件的参数。2．基于体积小、精度高、灵敏度高和光纤防断的要求，设计并制作了位移传感器机械结构，其中包括微弯调制机构、基于双弹簧片的微动导向机构和上下限位机构。实验研究了关键零件安装方法对传感器灵敏度和重复性的影响。所研

5、制的传感器体积为20mmx20mm×37mm，满足了微动台的要求。完成了传感器机械结构的重复性实验，实验结果表明传感器机械结构具有较好的重复性。3．基于线性放大、低噪声和抗干扰性强的要求设计了传感器信号调理电路。该电路实现了微变信号的提取、滤波和线性放大；通过电源滤波器和接地技术，减少了外界干扰对电路的影响。在数字信号处理中，利用比值处理方法，减小了光源波动对测量精度的影响。4．完成了微位移测量系统的重复性实验和测量误差标定实验。实验结果表明，在普通实验室环境中，位移传感器在线性和重复性较好的测量区域内的最大测量误差为-4-0．052“m，分辨率低于O．OlI．

6、tm。关键词：微位移测量；光纤微弯调制；体积微型化；光源波动抑制Studyonadisplacementsensorforthe6-DOFnanometertableABSTRACTThisdissertationisthefollowupstudyoftheNationalNaturalScienceFoundationProject--Theresearchofthecoretechnologyofnanometerthreecoordinatemeasuringmachine(COMERO)(GrantNo：5017524)．IntheProject．a6

7、．DOFwasresearchedanddeveloped．Itspositioningaccuracyis0．05ttm，becausethehigh-precisionopen-loopcontrolmethodofPZT“anti．1ag’’and“anti．creep；’havebeenmade．Duetoitslonglocationtime，itcan’tbeusedinfastoccasion。SoadisplacementsensoriSrequiredtofeedbackthepositionofthe6．DOFtocutdowntheloca

8、tiontime．Ino