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全數字式電容E+E位移傳感器的研制
由于具有結構簡單、動態特性好、能實現非接觸式測量等優點,電容E+E位移傳感器廣泛應用于超精密加工、高精度定位、超精密測量等領域。現有電容E+E位移傳感器普遍采用測頭與測量電路分立式設計,信號傳輸電纜的寄生電容等分布參數對傳感器的分辨力、穩定性等性能影響顯著,因此信號傳輸距離受到嚴重限制。如何保證電容模擬信號傳輸的穩定性以及減少漂移,就成了影響電容傳感器性能的關鍵。

全數字式電容E+E位移傳感器的研制
隨著科學技術的迅猛發展,汽車需求量的日益增加,對汽車質量、性能和生產率的要求也在不斷地提高。而汽車發動機活塞的質量直接關系到汽車的熱效率、機械效率、能源消耗和運行可靠性。因此,活塞產品的出廠檢測尤為重要。 本課題研究的就是汽車活塞檢測裝置中的微E+E位移傳感器,其中zui關鍵的測量技術采用的是應變片。通過查閱大量資料,對其性能進行了全面的剖析,設計制作了適應于汽車活塞檢測的電容E+E位移傳感器。 通過大量的理論計算和實驗研究,確立了傳感器的結構、應變片的形式和型號,zui終找出了比較合理的結構。并且應用INA128制作了信號放大電路并進行了電壓調整,zui后使用MAX197電壓轉換芯片對放大后的電壓信號進行A/D轉換,將轉換后的數據傳遞給單片機進行處理。由于該傳感器的工作環境比較惡劣,因此對所設計制作的傳感器及其檢測系統進行了干擾性、穩定性、重復性等方面的實驗研究。實驗結果表明:該傳感器具有抗干擾性強、穩定性好、精度高和分辨率高且造價低廉等優點,*滿足汽車活塞檢測的要求。對目前廣泛應用的電容測量電路進行了較系統的歸納和分析。在此基礎上,設計了以電容數字轉換器為主的測量電路,采用將該測量電路*內置于傳感器測頭的思想,研制出一種新型的全數字式電容E+E位移傳感器。其測量電容值的數字化過程全部在測頭內部完成,由測頭直接輸出數字信號并由單片機進行處理,電路結構簡單,整個電路中沒有影響測量穩定性以及產生零點漂移的元器件,有效解決了傳統電容傳感器存在的穩定性差和漂移大的技術問題。具體研究工作如下: 首先,根據課題需要達到的指標,對傳感器測頭的機械結構進行了設計,并給出了各部分尺寸結構的設計依據。其次,傳感器采用MSP430F149單片機作為主控芯片,實現了整機的智能化,完成了集采集、處理、控制于一體的單片機系統設計,詳細介紹了系統的軟、硬件結構。再次,研制了基于CY7C68013A芯片的USB2.0接口模塊,傳輸速度達到16Mb/s,完成了上位機應用程序的編寫,實現了良好的人機接口。 zui后,采用PI公司的壓電陶瓷微動臺完成了對傳感器的標定,并進行了精度比對實驗。

全數字式電容E+E位移傳感器的研制
綜上,本文完成了新型電容E+E位移傳感器的設計與制造,理論與實驗結果表明:全數字式電容E+E位移傳感器具有分辨力高、穩定性好和漂移小的優點,10μm測量范圍范圍內分辨力達到1nm,線性度優于0.08%。