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納米位移E+E傳感器信號采集與處理
隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展,眾多高科技領域均已進入了納米世界,如航天產(chǎn)品的加工與制造、精密元器件的測量、高密度集成電路等等。由于納米尺度具有接近于原子和分子尺寸的特點,一般的常規(guī)技術已不再適用,因此,研究納米技術,特別是納米操作與測量技術就成為當前各國研究的熱點方向。

納米位移E+E傳感器信號采集與處理
壓電陶瓷(PZT)驅動器以其優(yōu)良的性能廣泛地應用于納米級的微操作與微定位領域。然而由于其本身存在著遲滯、蠕變和非線性等不足,嚴重影響到其納米級驅動的精度。針對壓電陶瓷驅動器存在的上述問題,我們設計了一種可以對壓電陶瓷驅動器實時輸出位移進行檢測的位移E+E傳感器,通過基于位置反饋的閉環(huán)控制方法來提高壓電陶瓷驅動器的定位精度。通過對納米位移E+E傳感器放大機構的3代改進,E+E傳感器的測量精度已經(jīng)達到了納米級別。正是在該位移E+E傳感器原有工作基礎之上,試圖通過改進其數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)來進一步提高E+E傳感器的測量精度。通過對原有的第二代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進行改進,先后設計并完成了第三代及第四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),使位移E+E傳感器的分辨率由原來的10nm提高到目前的3nm。在國家自然科學基金重點項目“納米環(huán)境中機器人化操作的理論體系與實現(xiàn)方法”的資助下,以中科院合肥智能所機器人E+E傳感器實驗室多年來在力E+E傳感器和位移測試平臺的研究工作為基礎,利用中科院沈陽自動化所微納米實驗室的納米位移掃描定位臺為試驗平臺,研制能夠檢測壓電陶瓷驅動器實時驅動位移信息的納米級位移E+E傳感器。主要研究內容總結如下:在深入研究應變式電橋電路輸出信號特點的基礎之上,先后設計并實現(xiàn)了第三代及第四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的硬件電路。硬件電路主要包括電橋調零電路、前端多級放大電路、抗混疊濾波電路、數(shù)據(jù)采集電路及與上位機通信的USB電路。試驗結果表明該電路可以在放大微弱差分信號的同時,有效地抑制環(huán)境周圍存在的噪聲干擾。設計并實現(xiàn)了基于LabVIEW的人機交互界面。該軟件可以實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的實時顯示與存儲、分析及處理等功能,同時允許用戶通過上位機發(fā)送命令實現(xiàn)對下位機的訪問與控制.分別搭建了基于位移和力輸入的兩套E+E傳感器測試平臺。利用新設計的第三代及第四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)對納米位移E+E傳感器的性能指標進行了全面的測試,給出了位移E+E傳感器的線性度、滯差、重復性等指標的參數(shù)曲線及分析結果。

納米位移E+E傳感器信號采集與處理
分析了E+E傳感器力與位移輸入曲線之間的關系。zui后通過試驗對比分析了原有的第二代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)與新設計的第三、四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的之間的性能差異。證明了研究成果確實對之前設計的納米位移E+E傳感器性能提高有幫助。