无缆集成式精密电容测微测振传感系统设计与开发

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随着科学技术的飞速发展,现如今在科学研究、工业加工、航空航天和高端装备制造等诸多领域都离不开高精度的微位移、微振动测量,测量精度的高低将直接影响产品质量和加工精度。目前,电容传感系统是应用最为广泛的高精度非接触式测微测振系统的一种,虽然电容测微具有精度高、稳定性好、结构简单、能在恶劣条件下工作等诸多优点,但由于被测量为微/纳米级,因此对系统的抗干扰性要求极高。本文首先对电容测微测振的国内外研究现状进行了分析,深入研究了测微测振的原理和方法,在此基础上,设计了无缆集成式精密电容测微测振传感系统的整体构成方案。为了实现高精度的测量,从传感器、传输电缆、测量电路等多方面分析了影响电容式传感系统测量精度的各种因素,并给出了相应的解决方案。所设计的电容传感系统的测量电路包括:电容/电压转换电路、调制解调电路、低通滤波电路、调零电路,以及基于Cortex-M3的数据采集与通讯电路。在电路中,为了防止干扰,采用了特殊设计的屏蔽盒措施,通过选取合适的接地点,完成电容/电压的信号转换;由于电路中存在电阻、电容等元器件,载波信号和调制信号会发生相移,在这种情况下,无法确定相移的大小,由相移所造成的误差无法被准确消除,为了消除相移的影响,引入了锁相环技术。运用Altium Designer软件完成了硬件电路原理图的设计。通过Keil uVision4和Microsoft Visual Studio2010完成了相关的软件程序的编写与调试,实现了与上位机的通讯及数据显示等功能。进行了系统整体实验研究,获取了相关测量数据,并进行了数据的分析处理,得到整个系统的性能参数。本文设计开发的无缆集成式精密电容测微测振传感系统,在保证精度、系统稳定性的同时,缩小了系统的体积,实现了整个传感系统的高度集成化和智能化,具有广泛的应用前景。
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