了解電動位移平臺在位移檢測時原理與有限元分析

添加時間：2020-6-9 8:18:15 作者：浙江金科機械傳動有限公司

1 電動位移平臺測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
二維微位移平臺測量系統(tǒng)主要包括微位移檢測傳感器、處理電路以及相關(guān)系統(tǒng)軟件三個組成部分。其x、y 全量程均為50 lm ( 即±25 um) , 設(shè)計分辨率為1/ 5 000 fs ——1/ 10 000 fs。
其中, 微位移檢測傳感器主要由彈性體和敏感元件構(gòu)成。敏感元件粘貼在彈性體上, 當(dāng)彈性體產(chǎn)生位移時, 由敏感元件組成的兩路惠斯通電橋?qū)⒎謩e對x、y 方向位移進行精確的微納米級測量。它的輸出信號傳送到電路系統(tǒng)中進行處理。
處理電路主要由基于片上系統(tǒng)的微處理器msc1210[ 4] 組成。附帶多個增強功能, 集成度高。微位移檢測傳感器的檢測信號經(jīng)電路處理后, 其輸出的數(shù)字信號經(jīng)rs232 串口與pc機通訊。
系統(tǒng)軟件包括微處理器程序和上位機程序。微處理器程序?qū)崿F(xiàn)二維微位移測量信號的采樣和處理。上位機軟件是用高級語言設(shè)計而成的, 它可實現(xiàn)的功能有: 對微處理器的參數(shù)進行設(shè)置; 通過rs232 串口與硬件系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號進行通訊。

2 電動位移平臺位移檢測原理與有限元分析
我們設(shè)計的二維微位移平臺微位移檢測傳感器由彈性體和敏感元件組成。如圖2 所示, 彈性體由底座、上圓環(huán)、下圓環(huán)和應(yīng)變梁構(gòu)成, 實現(xiàn)x、y 方向位移測量的應(yīng)變梁分布于上圓環(huán)與下圓環(huán)之間、下圓環(huán)與底座之間, 數(shù)量各為四根。上面一組應(yīng)變梁用于y 方向位移的測量, 下面一組用于x 方向位移的測量。應(yīng)變梁的寬度和厚度分別為3. 5 mm 和1mm, 厚度方向和測量方向一致。敏感元件為箔式應(yīng)變片, 應(yīng)變片粘貼在應(yīng)變梁上, 組成一個惠斯通電橋。通過標(biāo)定, 可以得到電橋輸出電壓和位移之間的關(guān)系。根據(jù)此關(guān)系式, 即可由輸出電壓測得位移的大小。代表x, y 方向位移信息的兩路輸出電壓通過電路處理, 傳送到上位機中, 為后續(xù)處理提供有效的實時傳感反饋。
采用有限元方法對該系統(tǒng)進行分析, 可得到不同方向位移載荷作用下彈性體的變形和應(yīng)變梁上的應(yīng)變分布, 為傳感器的設(shè)計和特性分析提供依據(jù)。微位移檢測傳感器分別在x、y 正方向位移滿量程載荷作用下時產(chǎn)生的變形和z 方向應(yīng)變分布。