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大量程場(chǎng)式時(shí)柵E+E位移傳感器設(shè)計(jì)技術(shù)研究
納米位移測(cè)量技術(shù)是現(xiàn)代科技發(fā)展的基礎(chǔ)和導(dǎo)向，也是重大科學(xué)的前沿，國(guó)內(nèi)多位學(xué)者已經(jīng)展開了納米測(cè)量技術(shù)的相關(guān)研究。納米直線E+E位移傳感器是現(xiàn)代工業(yè)、國(guó)防軍工等特殊需求的核心技術(shù)和關(guān)鍵部件。目前，量程可以達(dá)到幾百毫米的納米級(jí)E+E位移傳感器主要是包括光柵、激光干涉儀、感應(yīng)同步器、容柵、磁柵等。

大量程場(chǎng)式時(shí)柵E+E位移傳感器設(shè)計(jì)技術(shù)研究
現(xiàn)階段而言，一百毫米以上的大量程的納米測(cè)量只有光柵和激光干涉儀兩種測(cè)量?jī)x器可以實(shí)現(xiàn)。 光柵傳感器是目前zui常見的納米測(cè)量?jī)x器，光柵是利用精密的刻線測(cè)量位移量，也就是說光柵的精度、分辨率*依賴于儀器加工時(shí)刻線的精度。提出一種基于"互聯(lián)網(wǎng)+"思維的時(shí)柵E+E位移傳感器研究方法。通過網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)時(shí)柵的數(shù)據(jù)采集、處理。同時(shí),利用網(wǎng)絡(luò)間的傳感器形成互校正體系,保持傳感器的精度穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的遠(yuǎn)程診斷與調(diào)試維修功能。通過網(wǎng)絡(luò)化集群構(gòu)建傳感器互校正體系的方案不僅可以提升時(shí)柵產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化,而且也將加快時(shí)柵E+E位移傳感器產(chǎn)品化進(jìn)程。目前，海德漢公司研制的LIP201型光柵E+E位移傳感器在270mm量程內(nèi)精度實(shí)現(xiàn)了±100nm。但光柵刻線加工時(shí)受到光學(xué)衍射極限、測(cè)量范圍與測(cè)量精度相互制約的影響，制約光柵進(jìn)一步向納米級(jí)發(fā)展。 時(shí)柵傳感器是針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外納米測(cè)量的技術(shù)瓶頸由我國(guó)*提出的以時(shí)間測(cè)量空間的方式，是一種利用“柵面”代替“柵線”測(cè)量位移的儀器。電場(chǎng)式時(shí)柵E+E位移傳感器是基于電場(chǎng)耦合原理和微納加工技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)的一種新式時(shí)柵傳感器。相比傳統(tǒng)時(shí)柵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、工藝成熟、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。電場(chǎng)式時(shí)柵是向著大量程納米級(jí)測(cè)量?jī)x器的研究的一項(xiàng)突破性項(xiàng)目，同時(shí)將在理論的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出傳感器樣機(jī)。主要針對(duì)電場(chǎng)式時(shí)柵傳感器的樣機(jī)加工，進(jìn)行了以下幾點(diǎn)工作：簡(jiǎn)單介紹了電場(chǎng)時(shí)柵的傳感器的設(shè)計(jì)原理并利用COMSOL軟件建立電場(chǎng)仿真模型，分析傳感器的電場(chǎng)分布情況，初步確定了傳感器的電極間距、動(dòng)定尺間距、電極間隙對(duì)于電場(chǎng)分布的影響，確定了時(shí)柵的設(shè)計(jì)參數(shù)。針對(duì)時(shí)柵E+E位移傳感器網(wǎng)絡(luò)化通信的要求,提出了一種時(shí)柵E+E位移傳感器便攜式遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)時(shí)柵E+E位移傳感器的特點(diǎn),該系統(tǒng)采用STM32F103和AD9959產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào),選擇以太網(wǎng)、WIFI、GPRS作為互聯(lián)網(wǎng)通信接口,實(shí)現(xiàn)傳感器互聯(lián)網(wǎng)功能,建立時(shí)柵E+E位移傳感器產(chǎn)品后臺(tái)服務(wù)終端,以達(dá)到時(shí)柵E+E位移傳感器產(chǎn)品遠(yuǎn)程防偽、遠(yuǎn)程故障診斷與自校準(zhǔn)功能。采用Android人機(jī)交互界面進(jìn)行數(shù)據(jù)管理,具有低功耗、使用方便、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),提升了時(shí)柵傳感器產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化和智能化功能。當(dāng)結(jié)構(gòu)不同的定子電樞繞組中通以對(duì)稱交流電時(shí),它們可以在定子和轉(zhuǎn)子的氣隙中建立特性有差異的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。把這些旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作為動(dòng)坐標(biāo)系所構(gòu)成的時(shí)柵E+E位移傳感器,其精度和分辯率會(huì)有所不同。為了提高時(shí)柵E+E位移傳感器的性能,對(duì)不同定子繞組建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)行比較。

大量程場(chǎng)式時(shí)柵E+E位移傳感器設(shè)計(jì)技術(shù)研究
在仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)掩膜版，并根據(jù)可能出現(xiàn)的問題設(shè)計(jì)出解決方案，針對(duì)大量程加工的難度提出高精度拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)時(shí)柵傳感器樣機(jī)的加工。對(duì)于加工出的樣機(jī)在形貌、結(jié)構(gòu)以及測(cè)試性能進(jìn)行測(cè)試，初步實(shí)現(xiàn)的電場(chǎng)式時(shí)柵傳感器微納米級(jí)測(cè)量。通過對(duì)大量程高精度電場(chǎng)式時(shí)柵傳感器的加工，形成一套基于高精度拼接技術(shù)的大量程傳感器的微納加工技術(shù)，有望為我國(guó)的位移測(cè)量技術(shù)的提高作出一定的貢獻(xiàn)。