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(终稿)柔性铰链微动工作台的测量与控制 柔性铰链微动工作台的测量与控制隐藏.doc(最终版) (终稿)柔性铰链微动工作台的测量与控制 柔性铰链微动工作台的测量与控制隐藏.doc(最终版)

格式:word 上传:2022-06-25 08:31:06

《(终稿)柔性铰链微动工作台的测量与控制 柔性铰链微动工作台的测量与控制隐藏.doc(最终版)》修改意见稿

1、“.....用于绕轴作复杂运动的有限角位移。也可理解为利用其结构薄弱部分的弹性变形可实现类似普通铰链的运动传递。柔性铰链具有无摩擦无间隙运动灵活敏度高的特点,常用来作为位移放大器,可将位移放大到数百微米,极大地拓展了微位移驱动器的应用范围和应用领域。尤其在纳米技术领域中有着更好的应用前景,柔性铰链是实现纳米级微运动的关键技术,其运动位移的测量与控制是实现纳米运动的核心技术。柔性铰链的类型目前柔性铰链的类型主要有单轴柔性铰链,双轴柔性铰链两种单轴柔性铰链截面形状有圆形和矩形的两种,如图所示。图单轴柔性铰链双轴柔性铰链是由两个互成的单轴柔性铰链组成的图,对于大部分应用,这种设计的缺点是图单轴柔性铰链两个轴没有交叉......”

2、“.....这种设计简单且加工容易,但它的截面面积比较小,因此纵向强度比图弱得多。需要垂直交叉和沿纵向轴高强度的双轴柔性铰链,可采用图的结构。图双轴柔性铰链柔性铰链国内外现状就现阶段的发展趋势,柔性铰链的应用主要是与压电致动相结合,形成微位移机构。最早,美国国家标准局开发了个微定位工作台并用于光掩模的线宽测量。为了能在光学和电子显微镜中更好地使用,要求工作台结构紧凑并能在压电驱动高精度工作台真空中工作。如图所示,工作台采用了压电元件驱动,柔性铰链机构进行位移放大的方案。压电元件在低频工作时的能量耗散为零,因此工作台没有内部热源。工作台可在的工作范围内,以或更高的分辨率对物体定位。图压电驱动高精密工作台柔性铰链技术在精密联接工艺也有应用,如激光焊接中,需要较大运动范围结构紧凑高刚度垂直运动的微动台......”

3、“.....水平内置式压电块推动杆和杆,通过对称的柔性铰链放大机构将压电块位移转化为台面的垂直运采用单极性输出,与单片机接口电路如图所示,其输出电压表达式为测量值与给定值的差值范围为,根据公式可得接口电路的输出电压范围为。图的接口电路摘要柔性铰链以其无摩擦无间隙运动灵活敏度高的优点,在各个领域得到广泛应用,尤其在纳米技术领域中有着广泛的应用前景,柔性铰链是实现纳米级微运动的关键技术,其运动位移的测量与控制是实现纳米运动的核心技术。因而在本次毕业设计中采用柔性铰链机构,电容式传感器以及压电陶瓷驱动相结合,设计了套微动工作台的测量与控制系统。用我们所学知识,使之成为套精密测量与控制系统,实现高效率,高精度,高稳定性,低误差的测量与控制系统......”

4、“.....描述了电容式传感测微原理,并设计了电容信号处理电路运算电路功率放大电路,以及相应的单片机接口电路与软件。在该测量与控制系统中,由柔性铰链构成的平行四杆机构产生个微位移量,由于被测位移量为纳米级,从而采用电容式传感器进行测量,再将测量通过电容信号处理电路进行处理。然后以单片机为核心通过软件编程对信号进行采样分析运算,并用位数码显示管对测量值进行显示,再用键盘输入预定值。为了更好地减小误差,提高系统的控制精度,运用运算电路结合压电陶瓷驱动来实现对该工作台的纳米级控制。最终使该柔性铰链微动工作台实现运动范围,分辨率。关键词柔性铰链电容式传感器传感器处理电路单片机压电陶瓷......”

5、“.....由于宇航和航空等技术发展的需要,对实现小范围内偏转的支承,不仅提出了高分辨率的要求,而且还对其尺寸和体积提出了微型,气的介电常数,为云母片的厚度为空气厚度图电容量与极板距离的关系图放置云母片的电容器差动式变极距型电容式传感器如图所示,是差动式电容传感器原理图。当动极板向上移动时......”

6、“.....电容总变化量图差动式电容传感器比较式和可见,采用差动结构可使传感器的灵敏度提高倍。由于差动结构的变极距型电容式传感器既提高了灵敏度,又减小了非线性误差,所以在本次设计中将采用这种结构。电容式传感器转换电路转换电桥图为差动式变极距型电容式传感器所用的变压器电桥的电路原理。图转换电桥电路当电桥输出端开路负载阻抗为无穷大时,电桥的输出电压为以,代入上式可得式中,和差动电容式传感器的电容。即则由式可见,变压器式电桥在输出阻抗极大的情况下,对于极距变化型电容式传感器,其输出电压也与极板位移呈线性关系。相敏检波电路如图所示是高输入阻抗线性全波检波电路图图高输入阻抗线性全波检波电路电压从电路图左端口输入,该电路它采用同相端输入。当时......”

7、“.....的同相输入端与反相输入端相同信号,得到。时,截至,导通,取,这时的输出为的输出为所以相敏检波后的输出信号为含有直流分量的周期信号,其包含高次谐波,故进行低通滤波。,构成阶低通滤波,其截至频率应远小于信号的频率。本次毕业设计中微动工作台的运动范围为,根据公式可得电容式传感器转换电路输出范围为,即微动工作台变动,电容式传感器转换电路电压变动转换电路由于本次毕业设计中的柔性铰链微动工作台行程为分辨率为,因此需要倍细分,而,因而需地址锁存允许当单片机访问外部存储器时,输出信号用图引线排列图于锁存口输出的低位地址。的输出频率为时钟振荡频率的。程序存储器选择,单片机只访问外部程序存储器。,单片机先访问内部程序存储器,若地址超过内部程序存储器的范围......”

8、“.....片外程序存储器允许片外程序存储器的选通信号。在执行内部程序存储器中的程序时,无输出始终为高电平。复位信号输入电源及时钟地端接地线电源端接和接晶震片或外部振荡信号源在测量系统中主要运用数码显示管对测量数据进行显示,并运用矩阵键盘键入预定值。本次毕业设计中测量值范围为,因此需位数码显示管来显示。单片机键盘显示接口电路如图所示图键盘显示接口电路图本次毕业设计采用位共阳极数码管动态扫描显示,并通过软件编程实现从右至左次亮个数码管。如图所示将所有数码管的个段选码相应地并接在起,并接入到单片机的口,由口控制字段输出。而各位数码管的共阳极由单片机的口控制,由于数码显示管的驱动电压为,所以口需要接三极管进行放大。矩阵键盘又称为行列式键盘,它是用条线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上......”

9、“.....这样键盘中按键的个数是个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中的利用率。如图,行线接,列线接。第章柔性铰链微动工作台控制系统设计本次毕业设计对柔性铰链微动工作台测量系统设计主要从硬件与软件两部分进行解析。该控制系统主要由转换器,运算电路,功率放大器,压电陶瓷驱动器。本次毕业设计接下来将对该测量系统各个模块进行解析。转换器本次毕业设计采用位,它是美国国家半导体公司生产的位双缓冲乘法,可直接与位及位微处理器接口。能提供最大的分辨率,其线性误差可达,即该芯片的线性误差为满量程的,非线性误差可达。由的单电源供电,其电流建立时间为。电压输出有单极性输出和双极性输出两种方式,本次毕业设计选择个位的转换器。本次毕业设计采用的转换器为,它是个单电源供电的高速低功耗位逐次逼近式转换器......”

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