[发明专利]一种超高精度位移量的测量方法

权利要求书

1.一种超高精度位移量的测量方法，其特征在于：将测量位移量或角度变量或磁滞信号变量的传感器所形成的拟合电容与锁相环电路的变容二极管并联，鉴相器配合LPF对VCO振荡产生的本振频率值与MCU传递的设置频率值进行比较，产生一个锁相误差电压，误差电压以负反馈闭环形式调整本振频率使其跟踪并等于锁相环PLL设置频率，并达到与PLL晶振相同的精度，以微分积分及中值定理的形式无限趋近或等于一锁相电压中心值，且经过标定的实时误差电压决定本振频率值，利用此误差电压及误差电压变量值反测出锁相环ＬＣ振荡器中的Ｃ_总电容实时值及拟合电容实时值和变量值，由拟合电容变量值计算出位移或角度或磁滞信号的测量值，并利用存储的温度、校正电容及测量值的校正系数进行校正，进一步得到超高精度的测量值，实现超高精度的位移或角度或磁滞信号的测量。

2.根据权利要求1所述的超高精度位移量的测量方法，其特征在于：所述超高精度指：测量值精度0.05%，分辨率20nm，测量范围300mm，重复性达到0.1%。

3.根据权利要求1所述的超高精度位移量的测量方法，其特征在于：所述误差电压以负反馈闭环形式调整本振频率使其跟踪并等于锁相环PLL设置频率是指：由锁相比较器在PLL的调整电压配合下，改变变容二极管的容量，使其跟随增大或减小，且使本振频率值上下调节趋近直至与设置频率值相等，利用锁定频率时，调节电压的实时值反推算出变容二极管的当前容量；其中位移或角度或压力传感器产生的变量信号转换为电容信号，形成拟合电容传感器，拟合电容传感器与变容二极管并联，拟合电容的容值增大，锁相环为维持原有频率值，则减小变容二极管当前容值，此时调整电压增大，由调整电压增大值计算出变容二极管当前容值的变量，得到拟合电容当前容值，与之前预存的上一次拟合电容当前容值相比，获得拟合电容的变量值是增大或减小，进一步计算出位移或角度或压力的测量值。

4.根据权利要求1所述的超高精度位移量的测量方法，其特征在于：所述鉴相器配合LPF对VCO振荡产生的本振频率值与MCU传递的设置频率值进行比较，产生一个锁相误差电压是指：当两个频率值不同，则产生一个误差电压，误差电压反馈回VCO电路的变容二极管负端，当本振频率值低于设置频率值时，误差电压增大，由于误差电压加载在变容二极管负端，使变容二极管的电容容量减小，致使本振频率信号增高；反之误差电压减小，致使本振频率减小，直至锁相环跟踪并锁定至一个设定的频率中心值时，达到与锁相环的晶振相同或更高精度。

5.根据权利要求1所述的超高精度位移量的测量方法，其特征在于：所述LC振荡器当并联的拟合电容容量由于位移量或角度变化量增大或减小，使调整电压值相应增大或减小。

6.根据权利要求1所述的超高精度位移量的测量方法，其特征在于：所述利用存储的温度、校正电容及测量值的校正系数进行校正是指，在MCU中存储因温度、电容及测量值所带来误差的校正系统，利用这些校正系统对测量值进行校正，其中校正电容以相对测量法进行两次测量，得到的两次电压值做减法运算，获得差值就是校正电容当前容量值，用当前校正电容容量结合所存储的该校正电容的标定值，计算出校正系数；用此校正系数去校正拟合电容的实时变量值，提高变量值的精度、稳定性和重复性。

7.根据权利要求2所述的超高精度位移量的测量方法，其特征在于：所述VCO电路采用温补晶振，精度至少10e-16次方，并采用恒温槽VCO电路，电源精度不小于0.01%。

8.根据权利要求1所述的超高精度位移量的测量方法，其特征在于：所述拟合电容的变量值是由拟合电容的正端接一开关并与变容二极管的负极相接，通过开关的接通和断开获得的锁相误差电压差值即误差电压的变量值，同时计算出拟合电容的变量值。