电容式微位移传感器校准技术的研究

摘要

随着科技的不断发展，人类能够测量的量级越来越小，精密测量仪器应运而生。纳米级的位移传感器生产技术已逐渐成熟，但是通过分析国内外现有的线位移传感器校准系统及JJF1305-2011（《线位移传感器校准规范》），发现尚未出台一套能够结合光电测试技术且具有针对性的微位移传感器的校准系统。因此，本文主要针对电容式微位移传感器输出电压、电流值较小，现有校准过程较为复杂的特性，研究设计了一套高精度、高分辨率并具有一定实践价值的校准系统，望弥补当前在微位移传感器校准系统方面的缺失。
　　首先，本文介绍了电容式微位移传感器的工作原理，结合激光外差测量技术及声光调制技术建立数学模型，得出位移求解公式，并以此设计了校准系统的原理框图。
　　其次，为实现在一定精度要求下的校准要求，设计了光源稳频模块，选择了声光调制器、激振器、功率放大器及光电二极管；设计了校准系统的电路部分，并结合软件实现校准系统与被校准传感器测量数据在计算机中的实时对比，直观的比较校准结果。根据电容式微位移传感器的结构特性，对其静态特性及动态特性进行校准。为了实现校准系统的高精度要求采用锁相放大器与取样积分技术相结合，降低系统噪声影响。
　　最后，参照JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》的相关规定，对本文提出的电容式线位移校准系统的测量不确定度进行了分析。分析系统中不确定度的来源，根据公式计算得到合成标准不确定度和扩展不确定度，并给出测量不确定度报告。完成了对校准装置的位移标准值的量值溯源，系统溯源结果符合校准系统的误差要求，证明了校准系统的可行性。
　　实验结果表明，在标准正弦信号为1280 Hz的频率下，本文提出的电容式微位移校准系统不确定度达到了0.05%，可以对频率响应在0～10kHz的电容式、电感式微位移传感器进行校准。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的来源及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 线位移传感器的性能表征方法

1.4 电容式线位移传感器非线性处理的发展

1.5 论文主要研究内容

1.6 本章小结

第二章 电容式微位移传感器校准技术的理论分析

2.1 电容式微位移传感器的测量原理

2.2 线位移传感器的校准技术

2.3 激光外差测量技术

2.4 声光调制技术

2.5 数学模型的建立

2.6 本章小结

第三章 基于声光调制技术的位移传感器校准系统的设计

3.1 光路系统的设计

3.2 电路系统的设计

3.3 本章小结

第四章 电容式微位移传感器校准及误差处理

4.1 电容式微位移传感器的校准过程

4.2 校准结果处理

4.3 静态特性校准

4.4 动态特性校准

4.5 本章小结

第五章 测量不确定度分析及量值的溯源

5.1 检定与校准

5.2 测量不确定度评定

5.3校准装置的位移标准值的量值溯源

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 研究的不足

6.3 展望

参考文献

在读期间公开发表的文章

致谢