摘 要

当前随着技术的发展，制造业的精度已经达到亚微米的级别，很多机械零件的精度已经超过亚微米而达到几十个纳米，如高精度定位轴承和光学透镜，在电子电路工业中，超大规模集成电路的制造精度已达到几个纳米。制造精度的提高是现代工业的基础，而在亚微米级别的制造业当中，利用高精度微小位移的检测，可以提高制造效率，提高产品合格率。高精度位移传感器的特点是量程小，精度高，高稳定性。

本文主要是以电容微位移传感器为基础，设计基于电容微位移传感器的精密位移测试系统校准平台的设计。本文先介绍了电容测微原理和方法，然后开始电容测微原理的系统方案设计。接着以VC6.0为设计平台设计电容位移测试系统校准平台，校准平台接受电容位移传感器的位移数据，并且对数据进行处理然后将数据曲线显示在平台上，同时以激光位移传感器的数据源作为对比，来校准电容位移传感器的数据。根据实时曲线可以直观的展示位移的变化。

本文设计了一个基于电容微位移测量仪的校准平台的设计，根据位移测量仪测量的位移数据，对数据进行处理，以减少外界的随机信号的干扰，并且把接收到的位移数据实时的显示在界面上。

关键词：电容位移传感器，精密位移，校准平台，实时曲线

Abstract

With the development of technology, the precision of the manufacturing industry has reached the sub-micron level, many mechanical parts of the precision has been more than sub-microns and reached dozens of nano, such as high-precision positioning bearings and optical lenses, in the electronic circuit industry, The scale of the integrated circuit manufacturing has reached several nanometers. Improve the manufacturing accuracy is the basis of modern industry, and in the sub-micron level of manufacturing, the use of high-precision detection of small displacement, can improve manufacturing efficiency and improve product qualification rate. High-precision displacement sensor is characterized by small range, high precision, high stability.

Based on the capacitance micro-displacement sensor, this paper introduces the design of the calibration platform of the precision displacement test system based on the capacitance micro-displacement sensor. This paper introduces the principle and method of capacitance micrometer, and then introduces the system design of capacitance micrometer principle. Then, the design of the calibration platform of the capacitance displacement test system is introduced with VC6.0. The calibration platform accepts the displacement data of the capacitance displacement sensor and processes the data. Then the data curve is displayed on the platform, and the data source of the laser displacement sensor As a comparison, to calibrate the capacitance displacement sensor data. According to the real-time curve can be intuitive display displacement changes.

In this paper, a design of a calibration platform based on a capacitance micro-displacement measuring instrument is designed. The data are processed according to the displacement data measured by the displacement measuring instrument to reduce the interference of the external random signals and display the received displacement data in real time. Interface.

Keywords:Capacitive displacement sensor, precision displacement, calibration platform, real - time curve

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景1

1.2国内外相关领域研究现状2

1.3论文主要研究内容3

第2章 电容测微原理概述5

2.1电容位移传感器分类及原理简述5

2.2电容位移传感器测量方法研究8

2.3测量系统整体方案设计11

2.4系统开发工具11

第3章 电容式精密微位移测量系统校准平台的开发与测试13

3.1系统主界面设计 13

3.2数据处理模块的设计17

3.3测试方案19

3.4测试结果分析19

第4章 总结与展望22

4.1总结22

4.2展望22

参考文献23

第一章 绪论

1.1研究背景

在现代社会，科技的发展日新月异，工业生产对科技的要求不断提高，人们对精密测量的要求越来越高。 目前，精密测量技术已逐渐成为各国科学发展观和工业化水平的重要指标，而微量位移测量技术是精密测量技术之一，受到越来越多的关注。我国政府在许多政府计划都将精密测量技术的研究列为国家重点攻关科技项目。全球很多研究机构，测量仪器生产企业和大学在对精密微位移测量设备的研发上都投入了大量的资源。工业生产中有许多与位移变化有关的参数。 因此，位移测量在工业生产中至关重要，电容式精密位移测量仪器作为非接触式，可以精确测量微小位移的机器。它具有温度稳定性高、位移测量量程大、测量精确度高、良好的动态响应、结构清晰等优点。所以精密位移测量技术涉及到电子工业和精密仪器制造等许多行业，精密位移测量技术在精密加工，航空航天等工业监控领域更是有着广泛的应用^[1]。

微位移测量技术主要涉及移动物体的精确位移测量来对物体进行定位分析。物体的精确定位基本上是对位移实时测量等运动参数，从而实现工业生产自动化。在中国大多数中小企业中，微位移测量工作的大部分传统接触式微电子技术依靠手工完成，花费了大量的时间在微位移测量然而测量精度差，严重影响生产效率和经济效益。而由于非接触式测量技术自身具有的的优势，已经成为精密位移测量领域的主流之一。其中电容式位移传感器是精密测量仪器的非接触电容原理，一般采用非接触式仪器，无摩擦磨损无惰性，无惰性，同时具有较大的信噪比，高灵敏度零点漂移小，频率响应广，非线性好，精度稳定，抗电磁干扰强，操作方便等优点。在国内研发机构、高等院校、工厂和军事领域已被广泛用与科研，教学和生产中^[2]。其主要类型为ZCS1100型、ZNXsensor型、FWS-CⅡ型、FW-C1型。

电容微位移传感器是将被测量物体的位移转变成电容器的电容变化的装置。它从本质上讲是一个可改变参数的电容器。电容传感器与其他传感器不同的是输入的能量极低，只需要非常小的输入力，就可导致电容器的电容量有显著的变化。因为电路板之间的静电吸引力很小，通常只有几牛，引起的测量误差基本可以忽略不计，所以电容位移传感器特别适用于解决输入非常低的测量问题，尤其适用于小位移测量。其次电容位移测量仪变化量相对较大，采用高度线性化的电路，动态范围一般可以达到100％甚至超过，这样对传感器的输出能力有很大的增强^[3]。电容精密位移传感器的动态响应快，电容传感器重量轻，系统固有频率高，电容介质损耗非常小，因此传感器可以在几MHz载波频率下工作，特别适用于动态测量应用。