【摘要】：主動(dòng)光學(xué)技術(shù)作為一種波面校正技術(shù),可以解決天文望遠(yuǎn)鏡中重力和溫度等因素引起的變形,而子鏡之間微小位移的精密測量則對(duì)主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)有著重要作用。為此,本文以主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)為應(yīng)用背景,研制了一種高精度的開關(guān)電容微位移傳感器系統(tǒng)�；诟黝愇灰苽鞲衅鞯膬�(yōu)劣勢(shì)分析以及電容傳感器的三大基本結(jié)構(gòu),本文采用了差動(dòng)變面積式的極板結(jié)構(gòu),并同時(shí)設(shè)置參考傳感器,在與測試傳感器完全一致的驅(qū)動(dòng)下利用差分消除非測量因素的影響;完成了基于復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì),包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)計(jì)、基于CPLD的外圍電路設(shè)計(jì)以及能夠提高系統(tǒng)精度的驅(qū)動(dòng)信號(hào)電平提升設(shè)計(jì);基于開關(guān)電容技術(shù)和運(yùn)算放大器式的電容檢測方法,為極板間的待測電容設(shè)計(jì)了高精度的電容檢測電路并使用TINA軟件進(jìn)行模擬仿真;完成了基于ADA2200芯片的同步解調(diào)設(shè)計(jì),并結(jié)合正交解調(diào)技術(shù)解決了調(diào)制信號(hào)和參考信號(hào)相位不匹配的問題;完成了系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì),包括基于CPLD的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生以及基于單片機(jī)的解調(diào)芯片參數(shù)寫入控制;實(shí)現(xiàn)了解調(diào)后模擬信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換,并將其處理結(jié)果通過串口輸出至PC機(jī);設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案,并在以系統(tǒng)小型化為目標(biāo)完成PCB設(shè)計(jì)后,對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試和修正。本文所設(shè)計(jì)的開關(guān)電容微位移傳感器具有體積小、重量輕、連續(xù)測量、測量范圍寬等特點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)電容極板之間相對(duì)位移的檢測,且測量精度能夠達(dá)到十微米量級(jí)。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH74;TP212
【圖文】：

不斷增長的觀測需求對(duì)天文望遠(yuǎn)鏡的望遠(yuǎn)鏡口徑的不斷增大�？紤]到主鏡在重量鏡能夠做到的最大口徑只有８ｍ。這時(shí)，為小鏡面拼接成大鏡面來代替整塊大口徑主鏡到單塊主鏡的光學(xué)特性［１＿２］。逡逑天文望遠(yuǎn)鏡中光學(xué)系統(tǒng)及支架的重力和溫度種，主動(dòng)光學(xué)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。采用了主動(dòng)光主動(dòng)光學(xué)技術(shù)包含兩個(gè)部分：拼接鏡面技術(shù)的應(yīng)用中，需要主動(dòng)調(diào)節(jié)每塊子鏡的狀態(tài)（某種光學(xué)面形或改正某種光學(xué)像差。為此，來檢測相鄰子鏡邊緣在高度方向上的偏差，適用于所有采用了主動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，尤其是結(jié)。其直接的應(yīng)用對(duì)象則是大天區(qū)面積多目標(biāo)１．１邋所示。逡逑

２系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案逡逑２．１系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案逡逑本文所設(shè)計(jì)的開關(guān)電容微位移傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖２．１所示。主要包含的模塊有：逡逑（１）電容式位移傳感器；（２）基于ＣＰＬＤ的驅(qū)動(dòng)模塊；（３）電容檢測模塊；（４）同步逡逑解調(diào)模塊；（５）邋ＡＤ轉(zhuǎn)換及串口輸出模塊。逡逑（１）

圖２．２差動(dòng)變面積式電容傳感器的極板結(jié)構(gòu)逡逑本文在差動(dòng)變面積式極板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，特別設(shè)計(jì)了帶參考傳感器的雙差動(dòng)變面積逡逑式極板結(jié)構(gòu)，如圖２．３所示。逡逑與位移傳感器不同，參考傳感器由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板以及兩個(gè)固定板構(gòu)成。其中雙端反相逡逑驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ｖｉ、Ｖ２與位移傳感器一致；Ｃｒｌ、Ｃｒ２則為驅(qū)動(dòng)極板１、２與固定極板之間的電逡逑容值。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能保證每一個(gè)驅(qū)動(dòng)板和固定板之間的相對(duì)面積恒定，也就是說對(duì)于被逡逑測位移５，不論其如何變化，電容Ｃｒｌ、Ｃｒ２始終為固定值。這時(shí)，由傾斜與旋轉(zhuǎn)情況所逡逑帶來的測量誤差，則可以通過參考傳感器與位移傳感器的結(jié)合來利用差分原理實(shí)現(xiàn)基本逡逑消除。逡逑位移傳感器邐參考傳感器逡逑驅(qū)動(dòng)極板１邐驅(qū)動(dòng)極板１逡逑１敏感極板ｉ邐｜S謾義希鄭殄危掊危耄邋危垮危觶殄義希茫螅戾危茫潁懾義希矗灣危幀㈠義�？■■■堝Ｌ－逦逦邋E澹媯簀邋五五危叔邋危鄭蟈義希鄭簀澹澹欏浚镥瘟鑠危保澹掊危跡輳澹義希卞澹保卞澹茫潁插義希耄插義希鄭

本文編號(hào)：2771971