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E+E納米時(shí)柵傳感器超精密實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化
納米測(cè)量技術(shù)已成為世界各國(guó)熱門的研究課題，美國(guó)、德國(guó)、日本等世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均把納米測(cè)量技術(shù)作為本國(guó)納米戰(zhàn)略的重要組成部分。E+E納米時(shí)柵傳感器位移傳感器在此前提下提出，是一種基于變面積型電場(chǎng)耦合原理的電容式結(jié)構(gòu)的位移傳感器。利用人類目前對(duì)時(shí)間測(cè)量精度要比空間測(cè)量精度高三個(gè)數(shù)量級(jí)的優(yōu)勢(shì)，采用高頻時(shí)鐘脈沖插補(bǔ)技術(shù)，通過高精度時(shí)間差的測(cè)量從而得出空間納米級(jí)位移量的測(cè)量。

E+E納米時(shí)柵傳感器超精密實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化
結(jié)合電場(chǎng)耦合原理，傳感器在信號(hào)獲取方面有了很大的突破，能獲得較穩(wěn)定且強(qiáng)度高的信號(hào)；微納制造技術(shù)的引入，使得傳感器在制造加工方面更加方便與可靠；差動(dòng)式的平板電容結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)，使傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便；從理論上來說，E+E納米時(shí)柵傳感器位移傳感器有望達(dá)到納米級(jí)測(cè)量精度甚至更高，但研究這些工作是一項(xiàng)原始創(chuàng)新性工作，沒有任何成熟的技術(shù)和資料可以借鑒學(xué)習(xí)。因此，需要通過大量的實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合，逐漸形成一套傳感器設(shè)計(jì)理論。為了使傳感器實(shí)驗(yàn)研制的順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)一套超精密的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)成為必要。本研究圍繞著E+E納米時(shí)柵傳感器位移傳感器超精密實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，做了以下工作：*，詳細(xì)闡述E+E納米時(shí)柵傳感器位移傳感器的結(jié)構(gòu)形式與工作原理，通過對(duì)其分析找出E+E納米時(shí)柵傳感器實(shí)驗(yàn)過程中誤差的來源，建立誤差理論模型，提出超精密實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。第二，根據(jù)超精密實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，研究傳感器的動(dòng)測(cè)頭驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過兩套方案的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)對(duì)比，zui終選用氣浮平臺(tái)系統(tǒng)來保證傳感器動(dòng)測(cè)頭的精確運(yùn)動(dòng)；第三，通過四套傳感器定測(cè)頭的安裝方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化，使得實(shí)驗(yàn)更加方便，并通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出傳感器安裝位置對(duì)精度的影響規(guī)律；第四，利用NI公司的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabVIEW軟件和PXI-5422任意波形發(fā)生器硬件設(shè)備相結(jié)合，設(shè)計(jì)一套高精度的E+E納米時(shí)柵傳感器位移傳感器實(shí)驗(yàn)信號(hào)激勵(lì)系統(tǒng)，為傳感器激勵(lì)信號(hào)的研究提供了幫助。zui后，通過超精密實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，開展大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析。

E+E納米時(shí)柵傳感器超精密實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：E+E納米時(shí)柵傳感器位移傳感器在行程為200mm范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)精度可以達(dá)到±400nm。概要分析時(shí)柵傳感器的幅值誤差、正交誤差、相移誤差等誤差因素以及其對(duì)檢測(cè)精度的影響,給出了對(duì)上述各誤差進(jìn)行在線檢測(cè)的方法,同時(shí)通過信號(hào)合成、數(shù)字濾波與延遲補(bǔ)償?shù)确椒?lián)合消除誤差影響,提高了系統(tǒng)測(cè)量精度。該方案將信號(hào)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)采樣控制、誤差檢測(cè)、位移解算與誤差修正等數(shù)據(jù)處理集成到一片DSP內(nèi),壓縮了系統(tǒng)硬件空間,提高了系統(tǒng)綜合性能。實(shí)驗(yàn)表明:經(jīng)過誤差處理后,72對(duì)極傳感器系統(tǒng)的誤差從±128.4″減少至±1.7″。