[发明专利]一种超高精度位移量的测量方法

说明书

本发明公开了一种超高精度位移量的测量方法，将测量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传递的设置频率值比较产生锁相误差电压，误差电压以负反馈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，无限趋近或等于一锁相电压中心值，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，利用校正系数校正实现超高精度的测量。本发明测量范围宽，超高稳定性，成本相对较低，测量值精度0.05%，分辨率20nm，测量范围300mm，重复性达到0.1%。

技术领域

本发明涉及一种位移量的测量方法，尤其涉及一种超高精度位移量的测量方法。

背景技术

测量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。测量是对非量化实物的量化过程。在机械工程里面，测量指将被测量与具有计量单位的标准量在数值上进行比较，从而确定二者比值的实验认识过程。

测量的客体主要指几何量，包括长度、面积、形状、高程、角度、表面粗糙度以及形位误差等。而其中对于位移、角度和扭矩的测量，特别是针对上述3个量的超高精度的测量，现有技术主要采用的方法是：如测量位移，采用电容式位移传感器，电容式传感器分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。这三种类型传感器以变极距型较优，此类传感器以传动的方式与需位移测量的目标体比如精密机床的动体接触并传动，最终在电容传感器的两极上形成电压差，并由同轴电缆引出，再经运放放大、滤波、AD转换、CPU数据处理、显示通信，并最终输出对应于位移变量数据，具有灵敏度高、线性范围宽、稳定性高等特点。

然而，当前的电容式传感器在测量需要超高精度时，依然存在精度、稳定性、可靠性差，测量数据一致性低的问题，所测量精度约±50nm（该精度没有考虑可重复性F.S，如考虑可重复性，精度还会下降），这就导致了上述传感器用于超高精密机床、机器人的精密部件（如关节传动部件）等产品的加工时，不能满足精度要求。且现有技术测量位移范围过小，仅有约10mm，为了解决这一问题，现有技术中给出了部分解决方案，但是，这些解决方案存在成本超高，无法推广的问题，且在实现了超高精度时，稳定性、重复性下降，不能同时兼顾，导致测量数据的一致性依然低。因此，现有技术需要一种测量范围宽，超高精度、超高稳定性，成本相对较低的测量方法。

发明内容

为了解决当前技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种测量范围宽，超高稳定性，成本相对较低的超高精度位移量的测量方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种超高精度位移量的测量方法，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。

进一步的，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%。