高频响高分辨力位移传感器校准平台关键技术研究

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1、硕士学位论文高频响高分辨力位移传感器校准平台关键技术研究RESEARCHONTHEKEYTECHNOLOGYOFDISPLACEMENTSENSORCALIBRATIONPLATFORMWITHHIGHRESOLUTIONANDFREQUENCYRESPONSE王博闻哈尔滨工业大学2016年7月国内图书分类号：TP23学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文高频响高分辨力位移传感器校准平台关键技术研究硕士研究生：王博闻导师：崔继文教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：自动化测试与控制系

2、答辩日期：2016年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP23U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEKEYTECHNOLOGYOFDISPLACEMENTSENSORCALIBRATIONPLATFORMWITHHIGHRESOLUTIONANDFREQUENCYRESPONSECandidate：WangBowenSupervisor：Prof.CuiJiwenAcademicDegreeApplied

3、for：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：DepartmentofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：July,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着现今各类位移传感器的快速发展和广泛应用，对于位移传感器的性能要求日益提高。在实际的科研和生产生活

4、中，对传感器性能参数的可靠性、测量结果的准确性、测量的实时性都提出了更高的要求，而对传感器的精确校准是保证其性能的重要条件。目前，对于传感器的校准通常仅局限于静态或者低频方面，缺少同时满足高精度、高频响和较大行程的校准平台，因此难以满足对高速高精度位移传感器的校准需求。位移传感器在高速动态测量应用方面的发展也会因此而受到限制。本论文针对上述问题，设计出了基于柔性铰链运动机构和两套测量基准的校准平台，将单频激光干涉仪和电容传感器同时应用在其中，分别提供了高精度和高频响的校准基准，兼顾了干涉仪的高测量精度、以及电容传感器的高频率

5、响应的优势。设计了柔性铰链运动平台，对柔性铰链的结构特性仿真和分析，设计并搭建整个校准系统。最后进行实验，对系统性能进行测试。论文的主要研究内容如下：1.在分析和比较了现有的传感器校准原理后，提出了基于柔性铰链运动机构作为驱动，以电容传感器和单频激光干涉仪作为动静态校准基准的设计方案。使该校准系统兼顾高频响、高分辨力和较大行程的性能要求。2.设计了柔性铰链机构并对其进行建模仿真和优化。通过伪刚体法和几何关系建立了该铰链机构的数学模型，结合有限元仿真分析，研究铰链机构中的各个结构参数对行程放大倍数，输入输出刚度和固有频率的影响

6、。在设计时希望铰链结构能够拥有较大的放大倍数、较小的输出刚度以及较高的固有频率，通过平衡各项综合性能要求来选取合适的结构参数，并用于铰链的加工。3.对所设计的铰链机构进行了加工和装配，搭建校准平台实验系统。对铰链运动平台的各项参数进行测量。实验结果表明，铰链校准平台的位移分辨力为4nm，最大行程为52.08μm，位移放大倍数为3.75倍，校准平台最大工作频率为1000Hz。满足设计要求。关键词:动态校准；柔性铰链；位移传感器；校准平台-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththefastdevelopme

7、ntandwidelyapplicationofdisplacementsensor，therequirementsofthedisplacementsensorhasbecomehigherandhigher.Inthepracticalapplicationandscientificresearch,thereliabilityofthesensorperformance,theaccuracyofthemeasurementresultsandthereal-timedynamicmustbeguaranteedwit

8、hhigherstandard,andtheaccuratecalibrationofthesensorisanimportantfactortosupporttherequirements.Nowadays,thesensorcalibrationisusuallylimitedtoth