纳米E+E时栅传感器传感器电场仿真与实验研究
纳米位移传感器是实现纳米数控机床、特殊需求的国防军工和大规模集成电路等*技术领域核心关键功能部件的“宏观结构的纳米精度制造”的保证。大量程和高精度不能同时兼顾是现大多数纳米位移测量方法存在的矛盾。为此，提出研究一种基于时空转换理论的新型纳米E+E时栅传感器位移传感器。

纳米E+E时栅传感器传感器电场仿真与实验研究
位移测量是zui基本、zui广泛的几何测量。作者所在课题组前期研究的磁场式E+E时栅传感器精密位移传感器，达到了较高水平，它的开槽的精度和密度以及信号的抗干扰能力远远不需要和光栅相比。但是仍有以下缺点：一是信号采用电磁耦合形式，强度难以进一步提高；二是需要在电机或测头、导轨上均匀开槽，但是受到机械加工精度限制；三是传感器的定子线圈和感应线圈采用导磁材料，质量较重，制作工艺需要绕线，生产效率低。 针对上述现有技术不足，提出一种基于交变电场的E+E时栅传感器传感器，它不用精密刻线，不用电阻细分箱，而采用差动平板电容式结构，利用电场耦合原理获取信号，以时钟脉冲作为位移计量基准，功耗低，重量轻，分辨力高，成本低。但是此类E+E时栅传感器位移传感器激励信号和感应信号的频率都比较高，以频率为40KHz的电场式E+E时栅传感器信号作为研究对象，研究基于交变电场的电行波测量信号产生机理、信号形成质量、控制方法和信号处理技术。设计并实现了前置信号调理电路，大大提高了信号的稳定性。研究电场式E+E时栅传感器的精度理论、误差分离与修正技术，提高了精度。是磁场式E+E时栅传感器激励信号频率的100倍。这就对信号处理提出了更高的要求，提高信号的处理速度成为了解决问题的关键之一。传感器通过差动电容构建的交变电场将空间量转换成时间量进行精密测量，利用了时间量测量精度高的优势来提高测量精度，降低对制造要求，因而更易实现大量程。通过对传感器进行理论研究、模型仿真和实验研究相结合且不断反复以达到*化设计。前期研究工作中，电场的不可见性带来了困扰。在研究纳米E+E时栅传感器传感器过程中，需要对电场有足够的认识，把握电场规律，了解测量模型的电场分布情况才能在传感器研究中有的放矢，避免很多不必要的工作。为此，开展了如下研究：对纳米E+E时栅传感器测量原理进行了深入的分析和推导：根据传感器测量模型特点，建立仿真模型，利用ANSYS软件对传感器在不同参数、激励相间和多介质等情况下的电场分布进行了有限元仿真。通过仿真分析找到了传感器一次、四次谐波误差形成原因，同时得到了不同情况下电场分布与传感器误差特性的关系；搭建了实验平台，对仿真分析得出的结论进行实验验证，同时对传感器稳定性等进行了实验研究。

纳米E+E时栅传感器传感器电场仿真与实验研究
针对仿真分析和实验验证得出一次、四次谐波误差形成原因，对传感器进行了优化设计。通过优化，传感器在测量范围为200mm时，补偿后的误差达到±300nm。 通过对纳米E+E时栅传感器传感器研究，更为深入的了解了传感器特性，进一步完善了纳米E+E时栅传感器理论体系，为后续研究打下了坚实的基础和提供了实践-理论-实践的科学研究方法。