电容式微位移传感器自校准技术的基本原理

学生：许世飞学号：3130104418

电容式微位移传感器是将被测量的位移量，转化为电容变化量的传感器。其中，极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。但电容量随极距的变化不是线性变化的，因此需要在获得输出信号后对其进行校准。

本文所阐述的原理是获得传感器的校准曲线对传感器进行校正，校正的前提是已知传感器的精度。通过激光干涉仪，可以确定偏移量，由此确定传感器的精度和非线性误差。

1、绝对校准原理：

首先，设f(x)为传感器的输出信号，

则z=f(x)S0xg（x)。

其中S0为校准曲线的斜率，x为位移量，g（x）为误差。

设zimi ,则在xixi处，zmi

f1(zi)zi/S0h(zi)(i1,2,,n)，其中h(zi)是g（x）的反函数。

且h'(zi)1/S0x/mi。

其中位移偏移量x可以通过激光光源确定，由此可计算S0：

S0(mi/x)/n

由此可计算出h'(zi)，h（z）可以通过对h'(zi)积分求得。这就得到了传感器的非线性误差。

2、两种校正系统：

图中，位移传感器、工作台、激光干涉仪和PZT组成了校正系统。图（a）是通过Z向平台的运动来改变传感器和工作面的距离，进而得到测量结果；图（b）是通过放置一个倾斜面，在X向平台运动的同时，使得传感器与倾斜面之间的距离均匀变化，得到测量结果。

3、激光干涉仪：

如图所示，通过LDS发射出来的光线经过PTZ管内的分光镜后分成两束光线，一束射向固定在工作台底部的可移动平面镜，另一束射向工作台上方的的固定平面镜，当PZT使工作台产生一定的位移时，两束光线经反射后产生光程差，产生干涉条纹，干涉条纹随着光程差的变化而变化，假设x1x2分别为2-PD的输出，Y

为激光干涉仪的输出， Y

有数学关系

x1x2x1x2。

4、信号处理系统：

位移传感器的输出首先被一个数字万用表获得，通过脉冲信号进行采样，该信号由I/V转换和计算模块产生。函数发生器产生一个1HZ的锯齿波，通过多路选择器和放大器输入到PZT产生位移。以激光干涉仪的输出为位移参量，每次采样的位移间隔为/2。通过两组测量数据，可以计算出校正曲线。