全数字式电容E+E位移传感器的研制
由于具有结构简单、动态特性好、能实现非接触式测量等优点,电容E+E位移传感器广泛应用于超精密加工、高精度定位、超精密测量等领域。现有电容E+E位移传感器普遍采用测头与测量电路分立式设计,信号传输电缆的寄生电容等分布参数对传感器的分辨力、稳定性等性能影响显著,因此信号传输距离受到严重限制。如何保证电容模拟信号传输的稳定性以及减少漂移,就成了影响电容传感器性能的关键。

全数字式电容E+E位移传感器的研制
随着科学技术的迅猛发展,汽车需求量的日益增加,对汽车质量、性能和生产率的要求也在不断地提高。而汽车发动机活塞的质量直接关系到汽车的热效率、机械效率、能源消耗和运行可靠性。因此,活塞产品的出厂检测尤为重要。 本课题研究的就是汽车活塞检测装置中的微E+E位移传感器,其中zui关键的测量技术采用的是应变片。通过查阅大量资料,对其性能进行了全面的剖析,设计制作了适应于汽车活塞检测的电容E+E位移传感器。 通过大量的理论计算和实验研究,确立了传感器的结构、应变片的形式和型号,zui终找出了比较合理的结构。并且应用INA128制作了信号放大电路并进行了电压调整,zui后使用MAX197电压转换芯片对放大后的电压信号进行A/D转换,将转换后的数据传递给单片机进行处理。由于该传感器的工作环境比较恶劣,因此对所设计制作的传感器及其检测系统进行了干扰性、稳定性、重复性等方面的实验研究。实验结果表明:该传感器具有抗干扰性强、稳定性好、精度高和分辨率高且造价低廉等优点,*满足汽车活塞检测的要求。对目前广泛应用的电容测量电路进行了较系统的归纳和分析。在此基础上,设计了以电容数字转换器为主的测量电路,采用将该测量电路*内置于传感器测头的思想,研制出一种新型的全数字式电容E+E位移传感器。其测量电容值的数字化过程全部在测头内部完成,由测头直接输出数字信号并由单片机进行处理,电路结构简单,整个电路中没有影响测量稳定性以及产生零点漂移的元器件,有效解决了传统电容传感器存在的稳定性差和漂移大的技术问题。具体研究工作如下: 首先,根据课题需要达到的指标,对传感器测头的机械结构进行了设计,并给出了各部分尺寸结构的设计依据。其次,传感器采用MSP430F149单片机作为主控芯片,实现了整机的智能化,完成了集采集、处理、控制于一体的单片机系统设计,详细介绍了系统的软、硬件结构。再次,研制了基于CY7C68013A芯片的USB2.0接口模块,传输速度达到16Mb/s,完成了上位机应用程序的编写,实现了良好的人机接口。 zui后,采用PI公司的压电陶瓷微动台完成了对传感器的标定,并进行了精度比对实验。

全数字式电容E+E位移传感器的研制
综上,本文完成了新型电容E+E位移传感器的设计与制造,理论与实验结果表明:全数字式电容E+E位移传感器具有分辨力高、稳定性好和漂移小的优点,10μm测量范围范围内分辨力达到1nm,线性度优于0.08%。