精密位移传感器

硕博毕业论文下载：精密位移传感器.zip

研究历史

  涡流位移传感器从2010年开始研究，实验室成功研制出高精度的涡流位移传感器，并开始商用化，期间毕业了三名博士，王洪波、李伟和赵国锋。随后，吴磊博士研制出感应式位移传感器。

方向介绍  

随着精密机械制造技术、半导体工业、微机械电子系统，机电一体化技术以及纳米技术的发展，对各种位移振动测量传感器的要求越来越高，测量的精度逐渐从微米级提高到了纳米级。

电容式传感器分辨率和稳定性都极高，但测量结果极易受各种污染物的影响，因而只能工作在密闭腔体或者严格控制的实验环境中。电涡流传感器是一种广泛应用于工业现场和实验室研宄的非接触式位移传感器，它具有低成本，高可靠性，宽带宽，高灵敏度等特点，而且具有对恶劣环境容忍性高等独特优势。但相比电容式传感器，电涡流传感器的分辨率较低，温度系数太大，这是制约其用于超精密测量的最大障碍。

研究成果

王洪波博士（2012级）研究的主要内容是亚纳米精度电涡流传感器的理论和设计。相比电容式传感器，电涡流传感器的分辨率较低，温度系数太大，严重制约其用于超精密的测量。王洪波通过建立简单有效的等效模型，完整系统地分析了涡流传感器的各个设计参数对其性能的影响，并首次通过计算机仿真技术完整地仿真了涡流传感器的各种特性和性能参数，为涡流传感器的设计提供了完善有效的指导。在对涡流传感器的灵敏度，分辨率，带宽以及温度漂移，材料选择性等多个特性分析的基础上，设计实现了具备亚纳米分辨率的超低漂移电涡流位移传感器，提出了材料选择性的自动校正方法，并探索实现了一种基于涡流法的金属膜厚度高精度测量新方法。

李伟博士（2015级）研究了高精度高稳定性的电涡流传感器，希望能打造满足最尖端需求的电涡流位移传感器产品，提升我国在高精密位移测量领域的实力。对非接触式厚度传感器来说，己有的测量方法都或多或少地存在问题，还没有实现一种集测量速度高、测量精度高、小尺寸、低成本等优点于一身的测量方法。他提出的测量方法满足了这些要求，传感器的性能参数在同领域的研究中具有极强的竞争力。

赵国锋博士（2016级）以非接触高精度位移测量为课题研究背景，重点是研究大型天文望远镜中边缘传感器的性能提升问题。针对边缘传感器的核心指标：分辨率、温度稳定性和长时间稳定性，给出了传感器的探头、电路和制作工艺等主要部分的设计方法，系统的分析了传感器的温度漂移并给出补偿方案。在此基础上，深入研宄传感器信号处理电路，分析电路各部分对传感器核心指标的影响，提出了一种传感器电路的噪声抑制方法和一种电路温度漂移的补偿方法，分别得到了分辨率水平接近电容位移传感器的电涡流位移传感器样机和温度稳定性优异的传感器电路。

吴磊博士（2018级）针对应用于大型天文望远镜镜面拼接所应用的高精密位移传感器研究课题，结合了前面多位博士的研究成果，借鉴国外先进望远镜的传感器案例，提出应用平面线圈感应式传感器来实现更好的测量性能。提出了包括理论计算、数值计算、软件仿真等多种方法来计算平面矩形线圈的自感和互感，并结合计算结果对矩形线圈的形状、匝数等重要参数进行了选取和优化，使传感器从设计上就具有较好的线性和很小的耦合性。在解调电路上，提出了利用门积分器进行解调的新电路，相比于传统的锁定放大器解调方式具有更高的噪声和谐波抑制能力，可以有效提升传感器的分辨率。在比较关键的温度稳定性方面，研究了探头温度和环境温度之间的耦合关系，提出了一种基于卷积运算的温度漂移补偿方法，可以显著降低传感器在快速变温条件下的输出温漂，且该方法对各种传感器具有普适性。传感器样机的实测结果表明传感器设计卓有成效。感应式传感器在今后具有很大的发展前景，有望成为大型天文望远镜边缘传感器的首选方案。