单极板微位移电容传感器结构设计与优化

根据单极板微位移电容传感器结构优化设计的问题,提出了一种基于纵横推进法的电磁场仿真参数化建模方法。在建立合理的单极板电容传感器电磁仿真参数模型基础上,首先通过仿真实验选择保护环和绝缘层缺口的最优值。然后依据仿真得到的最优值,选择结构与最优值接近的电容传感器产品对比,取得了较好的研究结果,电容仿真值与实际测量值误差小于0.3%。最后对电容传感器极板倾斜对测量结果的影响进行了研究,极板倾斜2°时测量误差为1.6%。电容传感器结构优化结果满足实际工程要求。     

基于OMAP的可重构嵌入式运动控制系统设计

为增强嵌入式运动控制器的开放性、满足柔性化制造需求。深入分析了该类型控制器的结构特点,采用模块化设计、可重构设计思想,构建了一套基于OMAP和FPGA的可重构嵌入式运动控制系统。在此基础上,对系统内部进行了结构层次、功能模块的划分,并完成了各模块的详细设计。最后通过模块重组,搭建了一套单轴多环路运动控制系统。实验结果表明,各分模块工作正常,系统具备可重构性、通用性、易扩展性和开放性等特点,能满足不同应用场合的运动控制需求。     

调幅式电容位移传感器开关检波电路设计

针对调幅式电容位移传感器乘法器检波存在的速度慢、功耗大和热噪声大问题,设计了一种基于模拟开关的全波检波电路.首先,对开关全波检波和开关半波检波原理进行分析,根据分析结果选择了全波检波方法.在此基础上,完成开关全波检波电路设计与测量系统其它部分设计.最后,利用八位半数字表3458A对检波电路与测量系统性能指标进行测试.测试结果表明:检波电路可以实现0.1mV的分辨率,测量系统在150 ～650 μm范围内分辨率达30 nm,系统示值稳定性0.1mV/30 min,电容测量系统最大测量偏差为20 nm.该测量系统满足电容测微系统稳定性好、准确性高的要求.     

基于反馈的交流激励式电容测量电路设计

针对交流激励式电容测量电路抗干扰能力差及测量精度受激励源稳定性影响的问题,提出了一种前级加反馈的电容测量电路设计。首先,将传感器输出电压引出,乘以合适的倍数,加到初始激励源。然后,利用模拟乘法器和低通滤波器进行检波。最后,用八位半数字表3458A采集测量结果。实验结果表明,该系统在0~650μm范围内分辨率达30nm,电路测量最大偏差为20nm,示值稳定性0.1mV/30min。该系统满足电容测微系统稳定性好、准确性高的要求。     

基于逆补偿复合控制的抛光液供给系统设计

根据磨料水射流抛光加工工艺要求,设计了一套以比例阀和溢流阀为流量调节元件的抛光液供给系统。但由于溢流阀在调节过程中的正反行程工作曲线不重合,导致系统存在较大的迟滞及非线性。针对这一情况,采用了前馈逆补偿及PID反馈的复合控制策略。并基于TMS320F2812DSP数字控制器,完成了传统PID控制策略和逆补偿复合控制策略的阶跃响应效果对比实验。结果表明,逆补偿复合控制策略能很好的改善系统响应品质,超调量和响应时间得到了明显减少,实现了抛光液射流流量的快速、高精度控制。     

基于FPGA的VME总线与DSP通信接口设计

VME总线作为最早的国际通用开放式总线,已广泛应用到工业过程控制、军事应用等各个领域。但是由于VME总线的结构复杂,在开发基于VME总线的DSP工控系统中,DSP与VME总线的通信接口设计成为了瓶颈问题。为此,根据VME总线协议要求,采用FPGA完成了VME总线与DSP通信接口的IP核设计,并进行了电路板研制和通信功能的测试,实现了DSP处理器与VME总线的数据传输。     

高精度六维激光测量系统误差补偿算法研究

根据极大规模集成电路制造对光刻物镜中敏感光学元件调节机构高精度的调整要求,研究设计了一套基于双频激光干涉仪的高精度六自由度位姿检测测量系统。但由于双频激光干涉仪是一种线性增量式的测长仪器,其固有的机械安装误差及运动平台在工作过程中引入的倾斜或旋转运动都将导致测量光程的变化而产生阿贝误差与余弦误差。为此,根据系统测量原理,采用解析法基于空间齐次变换建立了系统误差补偿数学模型,并深入分析了装调误差对测量精度的影响,实现了调节机构六自由度运动的高精度测量。     

工件偏心检测系统的设计与实现

工件偏心检测在光学系统装调中有重要作用,设计并实现了工件的偏心检测系统。首先,依据实验室的条件设计了工件偏心检测系统的整体方案;其次,对测量系统进行数学建模,对建立的检测模型进行数学分析,说明检测的可能性,同时通过实际的数据采集证明了数学分析的准确性,依据测量原理的数学分析,提出使用最小二乘法从检测信号中拟合待测信号,并通过仿真实验证明这种方法的可行性;再次,在MFC架构下使用Signallib及MATLAB静态库生成工具编写偏心检测软件,使用编写的软件采集数据,并对数据进行分析,证明了提出检测方法的可行性及软件系统的可靠性;最后,重新分析整个测量原理的假设,提出了降低假设要求而提高测量效果的方法。实验证明偏心检测系统具备良好的检测效果,同时设计的软件系统具备良好的数据可视化能力,工件偏心检测系统的分析和设计思路可以广泛地应用于系统检测中。