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納米位移E+E傳感器信號采集與處理
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,眾多高科技領(lǐng)域均已進(jìn)入了納米世界,如航天產(chǎn)品的加工與制造、精密元器件的測量、高密度集成電路等等。由于納米尺度具有接近于原子和分子尺寸的特點(diǎn),一般的常規(guī)技術(shù)已不再適用,因此,研究納米技術(shù),特別是納米操作與測量技術(shù)就成為當(dāng)前各國研究的熱點(diǎn)方向。

納米位移E+E傳感器信號采集與處理
壓電陶瓷(PZT)驅(qū)動器以其優(yōu)良的性能廣泛地應(yīng)用于納米級的微操作與微定位領(lǐng)域。然而由于其本身存在著遲滯、蠕變和非線性等不足,嚴(yán)重影響到其納米級驅(qū)動的精度。針對壓電陶瓷驅(qū)動器存在的上述問題,我們設(shè)計(jì)了一種可以對壓電陶瓷驅(qū)動器實(shí)時(shí)輸出位移進(jìn)行檢測的位移E+E傳感器,通過基于位置反饋的閉環(huán)控制方法來提高壓電陶瓷驅(qū)動器的定位精度。通過對納米位移E+E傳感器放大機(jī)構(gòu)的3代改進(jìn),E+E傳感器的測量精度已經(jīng)達(dá)到了納米級別。正是在該位移E+E傳感器原有工作基礎(chǔ)之上,試圖通過改進(jìn)其數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)來進(jìn)一步提高E+E傳感器的測量精度。通過對原有的第二代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),先后設(shè)計(jì)并完成了第三代及第四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),使位移E+E傳感器的分辨率由原來的10nm提高到目前的3nm。在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“納米環(huán)境中機(jī)器人化操作的理論體系與實(shí)現(xiàn)方法”的資助下,以中科院合肥智能所機(jī)器人E+E傳感器實(shí)驗(yàn)室多年來在力E+E傳感器和位移測試平臺的研究工作為基礎(chǔ),利用中科院沈陽自動化所微納米實(shí)驗(yàn)室的納米位移掃描定位臺為試驗(yàn)平臺,研制能夠檢測壓電陶瓷驅(qū)動器實(shí)時(shí)驅(qū)動位移信息的納米級位移E+E傳感器。主要研究內(nèi)容總結(jié)如下:在深入研究應(yīng)變式電橋電路輸出信號特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上,先后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了第三代及第四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的硬件電路。硬件電路主要包括電橋調(diào)零電路、前端多級放大電路、抗混疊濾波電路、數(shù)據(jù)采集電路及與上位機(jī)通信的USB電路。試驗(yàn)結(jié)果表明該電路可以在放大微弱差分信號的同時(shí),有效地抑制環(huán)境周圍存在的噪聲干擾。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于LabVIEW的人機(jī)交互界面。該軟件可以實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與存儲、分析及處理等功能,同時(shí)允許用戶通過上位機(jī)發(fā)送命令實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)的訪問與控制.分別搭建了基于位移和力輸入的兩套E+E傳感器測試平臺。利用新設(shè)計(jì)的第三代及第四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)對納米位移E+E傳感器的性能指標(biāo)進(jìn)行了全面的測試,給出了位移E+E傳感器的線性度、滯差、重復(fù)性等指標(biāo)的參數(shù)曲線及分析結(jié)果。

納米位移E+E傳感器信號采集與處理
分析了E+E傳感器力與位移輸入曲線之間的關(guān)系。zui后通過試驗(yàn)對比分析了原有的第二代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)與新設(shè)計(jì)的第三、四代數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的之間的性能差異。證明了研究成果確實(shí)對之前設(shè)計(jì)的納米位移E+E傳感器性能提高有幫助。