高精度电感位移传感器校准平台设计

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1、硕士学位论文高精度电感位移传感器校准平台设计DESIGNOFHIGHPRECISIONINDUCTIVEDISPLACEMENTTRANSDUCERCALIBRATIONPLATFORM匡也哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP212.9学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文高精度电感位移传感器校准平台设计硕士研究生：匡也导师：丁雪梅教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学C

2、lassifiedIndex:TP212.9U.D.C.:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFHIGHPRECISIONINDUCTIVEDISPLACEMENTTRANSDUCERCALIBRATIONPLATFORMCandidate：YeKuangSupervisor：Prof.XuemeiDingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Instrum

3、entScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofElectricalEngineering&AutomationDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在精密测量领域中，电感位移传感器扮演着越来越重要的角色。尤其是在圆度/圆柱度测量中，电感位移传感器已成为其中必不可少的传感器。电感位移传感器的测量精度直接制约了圆

4、柱度仪的精度，是限制圆度/圆柱度测量领域发展的主要瓶颈。为了保证圆柱度仪用电感位移传感器的测量精度，需要对其进行定期校准。而电感位移传感器进行圆度/圆柱度的测量是一个动态过程，这就迫切需要一种能够对电感位移传感器进行动静态校准的装置。因此，本文设计出一种电感位移传感器校准装置，能够实现对圆柱度仪用电感位移传感器进行动静态自动化校准。首先，分析了国内外对于位移传感器校准装置及大行程高精度定位平台的研究现状，确定了校准装置的宏微结合结构。为了保证微动定位平台的动态性能，对微动定位平台的负载结构进行ANSY

5、S仿真分析，得到其减重后的最优结构，减重后的负载结构一阶固有频率为1887.4Hz，在幅值0.1μm、频率200Hz的高频运动状态下，负载结构最大变形量为0.39nm。其次，对校准装置进行了误差分析,分析出系统中各误差源对系统精度的影响。分析结果表明，宏动定位平台偏航运动所引起的光栅尺测量阿贝误差最大，由此提出了利用双频激光干涉仪实时监测校准装置的运动状态，测量出运动中的偏航角并进行补偿处理的方法。再次，介绍了校准装置的控制方案，提出了两种宏微结构的控制策略，通过理论模型推导分析两种控制策略的特点，并

6、利用Simulink进行控制模型仿真分析。结合理论模型及仿真结果，选用了宏动跟随微动的控制策略来实现校准装置的运动控制。最后，搭建校准装置的实验系统。进了校准装置的性能测试，测试结果表明，校准装置的运动行程达20mm；校准装置在全行程内的分辨力优于5nm；校准装置线性度为0.000011%，重复性误差为10nm；校准装置在0.05mm幅值的正弦频率响应中，动态频率可达100Hz，当幅值增大到2mm时，频率下降为5Hz。然后对自研的圆柱度仪用电感位移传感器进行动静态校准实验，证明了校准装置具有动静态的校

7、准能力。最终，进行了校准装置测量的不确定度分析，得到被校准电感位移传感器的基本误差为=(510±31)nm(k=2)。关键词：电感位移传感器；校准装置；动静态校准；宏微结合；-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInductivedisplacementtransducersareplayingamoreandmoreimportantroleinthefieldofultraprecisionmeasurement.Inductivedisplacementtransducersha

8、vebecomeanessentialsensorinthemeasurementofroundnessorcylinder.Themeasuringprecisionoftheinductivedisplacementtransducersdirectlyrestrictstheprecisionofthecylindricalmeasuringinstrument.Ithasbecomethemainbottleneckthatlimitsthede