资源描述：
《电容式微位移传感器设计及其应用研究_孙立宁.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、DOI牶牨牥牣牨牫牳牱牫牤j牣牨牥牥牥牠牴牱牳牱牪牥牥牭牣牨牥牣牥牥牭2005年第24卷第10期传感器技术(JournalofTransducerTechnology)13电容式微位移传感器设计及其应用研究孙立宁,晏祖根(哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江哈尔滨150001)摘要:介绍了基于误差补偿的机器人系统原理,采用等电位环和驱动屏蔽电缆技术,设计了电容式微位移传感器及其信号调理电路。该电路包括改进型的电容运算放大器检测电路、精密全波整流电路和滤波电路等。试验结果表明:该电容式传感器的分辨力优于0.1
2、μm,全量程非线性度小于0.2%;利用该电容式传感器测试偏摆误差,并进行偏摆误差补偿,机器人的性能得到提高。关键词:电容式传感器;信号调理电路;微位移测量;机器人中图分类号:TP212文献标识码:B文章编号:1000-9787(2005)10-0013-03Designofcapacitancemicro-displacementsensoranditsapplicationSUNLi-ning,YANZu-gen(RoboticInst,HarbinInstituteofTechnology,Harbi
3、n150001,China)Abstract:Theprincipleoftherobotsystembasedonerrorcompensationispresented.Themicro-displacementcapacitancesensoranditssignalconditioningcircuitaredesignedbyadoptingequipotentialannulustechnologyanddrivingcabletechnology.Experimentalresultssho
4、wthatthesensor’snonlinearityof0.2%andresolutionof0.1μmcanbeachieved.Thedeviationoftherobotsystemistestedandcompensatedusingcapacitancesensor,andtheperformanceoftherobotisimproved.Keywords:capacitancesensor;signalconditioningcircuit;micro-displacementmeasu
5、rement;robot0引言采用测量极板等位环和驱动屏蔽电缆技术,应用运算随着机器人的广泛应用和发展,人们不断追求高速高放大器检测原理,设计了高精度的电容式微位移传感器及精度、大行程机器人,基于伺服电机+滚珠丝杠驱动、光栅其信号调理电路;利用电容式传感器进行机器人偏摆误差位置反馈的XY-Table型机器人是其一种。由于刚性薄弱检测,根据检测结果,驱动微动工作台反向运动等值位移,实现误差补偿。环节的影响,机器人在高速运动时出现偏摆误差,降低了机1电容式位移传感器的设计器人的性能指标。因此,提出基于偏摆误差
6、补偿的高速高1.1传感器结构的设计精度机器人方案,方案的关键技术之一是机器人偏摆误差理想条件下,平行板电容器的电场均匀分布于两极板的检测。之间;由于电场边缘效应的影响,电容式传感器的灵敏度下机器人技术要求:运动最大速度为0.5m/s,全行程运降和非线性增加。为克服边缘效应,在圆柱形传感器测头动线性度为±2μm,重复定位精度为1μm。对机器人进行设计时,增加一等位层,使电容式传感器测量极板间的电场测试,机器人末端偏摆运动固有频率为110Hz,偏摆误差为近于均匀分布,如图1所示。±14μm。要求检测偏摆误差的
7、传感器为非接触测量,分辨力高、线性度好、响应快。电容式位移传感器具有非接触测量、结构简单、精度高、动态特性好、频带宽等特点,在工业生产和科学研究中得到广泛应用。电容式位移传感器的设计关键是研制信号调理电路,把所测位移的变化量准确地转换成电压变化量。运算放大器检测法的输出电压变化量与被测位移变化量成正比,从原理上解决了变间隙式电容位移传感器输出特性图1电容式传感器测头结构示意图的非线性问题。Fig1Structurediagramofcapacitancesensor收稿日期:2005-04-1314传感器
8、技术第24卷等位层与测量电极同心,且相互绝缘,测量电极、等位积,其输入阻抗为A1的输入阻抗。层和外壳采用4Cr13,绝缘层采用聚四氟乙烯。连接电容式传感器与信号调理电路的电缆采用低噪声同轴屏蔽电缆,但电缆屏蔽层与测量极及其导线形成的电缆电容CL远大于电容式传感器的电容Cx,有用的信号无法拾取,故采用图2所示的简易“驱动电缆技术”。图3改进型的电容运算放大器检测电路Fig3Improvedmeasurementcircuitof
