發(fā)布時間：2018-06-16 11:51

  本文選題：微位移 + 光外差技術(shù)��； 參考：《山東理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著科技的不斷發(fā)展,人類能夠測量的量級越來越小,精密測量儀器應(yīng)運(yùn)而生。納米級的位移傳感器生產(chǎn)技術(shù)已逐漸成熟,但是通過分析國內(nèi)外現(xiàn)有的線位移傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)及JJF1305 -2011 (《線位移傳感器校準(zhǔn)規(guī)范》),發(fā)現(xiàn)尚未出臺一套能夠結(jié)合光電測試技術(shù)且具有針對性的微位移傳感器的校準(zhǔn)系統(tǒng)。因此,本文主要針對電容式微位移傳感器輸出電壓、電流值較小,現(xiàn)有校準(zhǔn)過程較為復(fù)雜的特性,研究設(shè)計了一套高精度、高分辨率并具有一定實(shí)踐價值的校準(zhǔn)系統(tǒng),望彌補(bǔ)當(dāng)前在微位移傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)方面的缺失。首先,本文介紹了電容式微位移傳感器的工作原理,結(jié)合激光外差測量技術(shù)及聲光調(diào)制技術(shù)建立數(shù)學(xué)模型,得出位移求解公式,并以此設(shè)計了校準(zhǔn)系統(tǒng)的原理框圖。其次,為實(shí)現(xiàn)在一定精度要求下的校準(zhǔn)要求,設(shè)計了光源穩(wěn)頻模塊,選擇了聲光調(diào)制器、激振器、功率放大器及光電二極管;設(shè)計了校準(zhǔn)系統(tǒng)的電路部分,并結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)系統(tǒng)與被校準(zhǔn)傳感器測量數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的實(shí)時對比,直觀的比較校準(zhǔn)結(jié)果。根據(jù)電容式微位移傳感器的結(jié)構(gòu)特性,對其靜態(tài)特性及動態(tài)特性進(jìn)行校準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)系統(tǒng)的高精度要求采用鎖相放大器與取樣積分技術(shù)相結(jié)合,降低系統(tǒng)噪聲影響。最后,參照J(rèn)JF1059-1999《測量不確定度評定與表示》的相關(guān)規(guī)定,對本文提出的電容式線位移校準(zhǔn)系統(tǒng)的測量不確定度進(jìn)行了分析。分析系統(tǒng)中不確定度的來源,根據(jù)公式計算得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度,并給出測量不確定度報告。完成了對校準(zhǔn)裝置的位移標(biāo)準(zhǔn)值的量值溯源,系統(tǒng)溯源結(jié)果符合校準(zhǔn)系統(tǒng)的誤差要求,證明了校準(zhǔn)系統(tǒng)的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在標(biāo)準(zhǔn)正弦信號為1280Hz的頻率下,本文提出的電容式微位移校準(zhǔn)系統(tǒng)不確定度達(dá)到了 0.05%,可以對頻率響應(yīng)在0～10 Hz的電容式、電感式微位移傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。
[Abstract]:With the development of science and technology, the order of magnitude of human measurement becomes smaller and smaller, and precision measuring instruments emerge as the times require. The production technology of nano-scale displacement sensor has gradually matured. However, by analyzing the existing calibration system of linear displacement sensor at home and abroad and JJF1305 -2011 (calibration specification of linear displacement sensor), it is found that there is not yet a set of calibration system for micro-displacement sensor which can combine photoelectric measurement technology and has pertinence. Therefore, aiming at the characteristics of capacitive micro displacement sensor, such as output voltage, low current value and complicated calibration process, a set of calibration system with high precision, high resolution and practical value is studied and designed in this paper. Hope to make up for the current microdisplacement sensor calibration system deficiencies. Firstly, the working principle of capacitive micro displacement sensor is introduced in this paper. The mathematical model of laser heterodyne measurement and acousto-optic modulation is established, and the displacement solution formula is obtained, and the principle block diagram of calibration system is designed. Secondly, in order to achieve the calibration requirements under certain precision requirements, the frequency stabilization module of the light source is designed, the acousto-optic modulator, exciter, power amplifier and photodiode are selected, and the circuit part of the calibration system is designed. The real time comparison between the calibration system and the measured data of the calibrated sensor in the computer is realized by combining the software, and the calibration results are compared intuitively. According to the structural characteristics of capacitive micro displacement sensor, the static and dynamic characteristics are calibrated. In order to achieve the high accuracy of calibration system, the phase-locked amplifier and sampling integration technology are used to reduce the noise of the system. Finally, referring to the relevant provisions of JJF 1059-1999 "Evaluation and expression of Measurement uncertainty", the measurement uncertainty of capacitive line displacement calibration system proposed in this paper is analyzed. Based on the analysis of the source of uncertainty in the system, the synthetic standard uncertainty and extended uncertainty are calculated according to the formula, and the measurement uncertainty report is given. The traceability of the displacement standard value of the calibration device is completed. The traceability of the system meets the error requirement of the calibration system and proves the feasibility of the calibration system. The experimental results show that at the frequency of 1280Hz, the uncertainty of the capacitive micro-displacement calibration system proposed in this paper is up to 0.05, which can calibrate the capacitive and inductive micro-displacement sensors with a frequency response of 0 ~ 10 Hz.
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2026560