本文關(guān)鍵詞：精密位移、振動測量的電容法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 非接觸式電容測微技術(shù)是微/納米測量新技術(shù)中重要的一種,在近年來得到迅速發(fā)展。它具有動態(tài)響應(yīng)快、溫度穩(wěn)定性好、測量范圍大、精度高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)固有頻率高等特點。因而在航空、航天、工業(yè)生產(chǎn)部門等領(lǐng)域的微小位移、振動、尺寸、角度、壓力測量中得到廣泛應(yīng)用。 電容測微技術(shù)在靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)測量方面已有較多研究成果,但在動態(tài)測量方面正處于攻堅階段。比如動態(tài)濾波問題,傳感器和測量電路動態(tài)頻響的提高,信號幅值精密測量和波形顯示,穩(wěn)定性問題等等都亟待解決。本文研究的目的就是在提高靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)測量精度與穩(wěn)定性基礎(chǔ)上,重點研究和實現(xiàn)動態(tài)信號測量。 本文對精密位移、振動測量的電容法原理做了較為系統(tǒng)、詳盡的分析與闡述;對影響電容傳感器輸出特性的因素進行了理論分析與計算,對其結(jié)構(gòu)尺寸進行了優(yōu)化與設(shè)計;對測量用動態(tài)濾波器進行了仿真分析與比較研究,設(shè)計并實現(xiàn)了0～3kHz精密振動信號測量的動態(tài)濾波電路,實驗結(jié)果表明能滿足實際需求。基于高速USB型數(shù)據(jù)采集,建立并實現(xiàn)了分辨率為10納米的電容法精密振動動態(tài)測試系統(tǒng),并在大量的實驗研究基礎(chǔ)上,對電路進行了許多改進,使儀器系統(tǒng)穩(wěn)定與可靠性得到提高。 對整個測試系統(tǒng)的主要誤差來源做了詳細(xì)的理論分析,利用回歸分析方法進行非線性誤差補償修正,提高了系統(tǒng)精度。最后,對精密位移、振動測量系統(tǒng)的進一步研究提出了新的看法。
【關(guān)鍵詞】：精密測量 位移 振動 電容傳感器 動態(tài)濾波器
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH82
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 圖表清單11-13
• 1 引言13-17
• 1.1 精密測量的電容方法概述13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文研究任務(wù)16-17
• 2 電容法精密位移、振動測量原理17-28
• 2.1 平行板電容傳感器原理17-22
• 2.1.1 變極距型電容傳感器17-20
• 2.1.2 變面積型電容傳感器20-21
• 2.1.3 變介質(zhì)型電容傳感器21-22
• 2.2 電容式傳感器等效電路22-23
• 2.3 幾種測微電路的基本測量原理23-27
• 2.3.1 變壓器式交流電橋電路23-24
• 2.3.2 二極管雙T型電路24-25
• 2.3.3 調(diào)頻法測量電路25-26
• 2.3.4 運算式放大電路26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 電容傳感器優(yōu)化設(shè)計28-40
• 3.1 傳感器探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計28-32
• 3.1.1 雜散電容28-29
• 3.1.2 探頭的外屏蔽層設(shè)計29-30
• 3.1.3 電容的邊緣效應(yīng)及對測量的影響30
• 3.1.4 避免邊緣效應(yīng)的方法30-31
• 3.1.5 電容傳感器探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計最終方案31-32
• 3.2 減小和消除各類分布電容的方法32-36
• 3.2.1 浮地法32
• 3.2.2 動極接地法32
• 3.2.3 簡縮聯(lián)線法32-33
• 3.2.4 雙屏蔽電纜33
• 3.2.5 驅(qū)動電纜技術(shù)33-36
• 3.3 傳感器尺寸設(shè)計36-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 4 電容法精密位移、振動測量系統(tǒng)設(shè)計40-64
• 4.1 精密穩(wěn)幅振蕩器設(shè)計41-43
• 4.1.1 正弦波振蕩器的振蕩條件41-42
• 4.1.2 振蕩器設(shè)計42-43
• 4.2 儀器主放大器電路設(shè)計43-44
• 4.3 精密整流電路設(shè)計44-45
• 4.4 動態(tài)濾波電路設(shè)計45-53
• 4.4.1 動態(tài)濾波器方案設(shè)計45-48
• 4.4.2 仿真分析與實際測試比較研究48-52
• 4.4.3 動態(tài)濾波器設(shè)計小結(jié)52-53
• 4.5 儀器的調(diào)零及輸出靈敏度量化電路設(shè)計53
• 4.6 穩(wěn)壓電源設(shè)計53-55
• 4.7 動態(tài)數(shù)據(jù)采集設(shè)計55-63
• 4.7.1 采集卡主要技術(shù)指標(biāo)56-57
• 4.7.2 數(shù)據(jù)采集卡接口定義57
• 4.7.3 采集函數(shù)介紹57-61
• 4.7.4 數(shù)據(jù)采集界面設(shè)計61-63
• 4.8 本章小結(jié)63-64
• 5 電容測微儀穩(wěn)定性及誤差分析64-73
• 5.1 穩(wěn)定性因素分析64-67
• 5.1.1 穩(wěn)壓電源與穩(wěn)幅振蕩器64
• 5.1.2 主放大器64-65
• 5.1.3 加屏蔽盒與接地65-66
• 5.1.4 傳感器66
• 5.1.5 動態(tài)濾波電路與電路調(diào)零66-67
• 5.1.6 高穩(wěn)定性數(shù)字顯示表頭67
• 5.2 電容測微儀測量誤差分析67-72
• 5.2.1 由傳感器制造誤差而引起的測量誤差67-68
• 5.2.2 驅(qū)動方案不完善產(chǎn)生的測量誤差68
• 5.2.3 運算電路不理想產(chǎn)生的測量誤差68-69
• 5.2.4 傳感器安裝傾斜產(chǎn)生的測量誤差69-70
• 5.2.5 信號源幅值不穩(wěn)定產(chǎn)生的測量誤差70
• 5.2.6 溫度漂移所產(chǎn)生的測量誤差70-71
• 5.2.7 被測件曲率半徑變化產(chǎn)生的測量誤差71-72
• 5.2.8 工作介質(zhì)介電常數(shù)變化產(chǎn)生的測量誤差72
• 5.2.9 系統(tǒng)總的測量誤差72
• 5.3 本章小結(jié)72-73
• 6 數(shù)據(jù)采集、誤差修正及儀器系統(tǒng)測試73-86
• 6.1 靜態(tài)微位移測試73-76
• 6.2 動態(tài)精密振動測試76-82
• 6.2.1 敲擊法產(chǎn)生振動信號76-78
• 6.2.2 利用壓電陶瓷振動變形產(chǎn)生振動信號78-82
• 6.3 傳感器測試結(jié)果的非線性修正方法82-85
• 6.3.1 一元線性回歸83-84
• 6.3.2 曲線擬合84-85
• 6.4 本章小結(jié)85-86
• 7 論文總結(jié)與展望86-88
• 7.1 論文總結(jié)86-87
• 7.2 研究工作展望和建議87-88
• 參考文獻(xiàn)88-90
• 附錄A90-91
• 作者簡歷91-93
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集93

【引證文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 鄭銀濤;郝育聞;金明錄;;基于改進型精密整流電路的電容式微位移傳感器設(shè)計[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2010年11期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 鄭銀濤;基于平板式電容的微位移測量系統(tǒng)設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2010年

2 于士誠;調(diào)頻式電容位移傳感器中若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 羅浩菱;基于光學(xué)干涉相位檢測的MEMS陀螺信號讀出技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2011年

4 嚴(yán)瓊;激光切割電容式Z浮微小電容檢測系統(tǒng)的研究[D];華中科技大學(xué);2011年

5 張東亮;基于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膭訅簹飧≥S承剛度測量研究[D];北京交通大學(xué);2010年

6 胡靜;基于DSP數(shù)字濾波的轉(zhuǎn)靶振動測量研究[D];北京交通大學(xué);2010年

7 程大鵬;基于電容傳感器的薄膜厚度測量系統(tǒng)研究[D];桂林電子科技大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：精密位移、振動測量的電容法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：426337