[发明专利]一种三维微小位移测量方法及系统

说明书

本发明公开一种三维微小位移测量方法及系统，涉及微小位移测量技术领域，方法包括：获取待测位移物体的模型；在待测位移物体的模型上设置有三个容栅传感器组；模型包括第一子模型和第二子模型，第一子模型设置在第二子模型的内部；容栅传感器组的动栅设置在第一子模型的外侧壁上且静栅设置在第二子模型的内侧壁上或者容栅传感器组的动栅设置在第二子模型的内侧壁上且静栅设置在第一子模型的外侧壁上；每个容栅传感器组的动栅和静栅形成通道，每个通道用于检测动栅的极距变化和面积变化；面积变化为动栅和静栅的相对面积变化；分别获取三个容栅传感器组的电压值；根据容栅传感器组的电压值确定位移。本发明能够实现对三维空间微小位移的测量。

技术领域

本发明涉及微小位移测量技术领域，特别是涉及一种三维微小位移测量方法及系统。

背景技术

随着我国航空航天、船舶重工等的快速发展，对精密测量有了更高的要求。微小位移测量作为精密测量的一种关键的基础技术，制约着尖端制造业的发展。微小位移测量技术经过多年的研究得到较大的发展，主要有激光位移测量技术、光栅位移测量技术、LVDT位移传感器、PSD位移传感器等，而这些传感器都有一个显著缺点，其传感器体积较大，不能把传感器做小做薄，制约了其测量狭窄空间微小位移的能力；且光学传感器功耗较高，对电池容量要求较大，不利于传感器的安装布置。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维微小位移测量方法及系统，以实现对三维空间微小位移的测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种三维位移测量方法，包括：

获取待测位移物体的模型；在所述待测位移物体的模型上设置有三个容栅传感器组；所述模型包括第一子模型和第二子模型，所述第一子模型设置在所述第二子模型的内部；所述容栅传感器组的动栅设置在所述第一子模型的外侧壁上且静栅设置在所述第二子模型的内侧壁上或者所述容栅传感器组的动栅设置在所述第二子模型的内侧壁上且静栅设置在所述第一子模型的外侧壁上；每个所述容栅传感器组的动栅和静栅形成通道，每个通道用于检测所述动栅的极距变化和面积变化；所述面积变化为所述动栅和所述静栅的相对面积变化；

分别获取三个所述容栅传感器组的电压值；

根据所述容栅传感器组的电压值确定位移。

可选的，所述根据所述容栅传感器组的电压值确定位移，具体包括：

当所述第一子模型和所述第二子模型均为半球时，根据容栅传感器组的电压值确定容栅传感器通道的电压分量，根据所述容栅传感器通道的电压分量确定位移；每个所述容栅传感器组包括一个容栅传感器；三个所述容栅传感器呈品字形排布；

当所述第一子模型和所述第二子模型均为长方体时，根据所述容栅传感器组的电压值确定位移；所述长方体的一个底面和相邻两个侧面上均设置有容栅传感器组；所述长方体的同一面上的容栅传感器组包括两个容栅传感器，两个所述容栅传感器间隔设置。

可选的，所述根据所述容栅传感器通道的电压分量确定位移，具体包括：

根据容栅传感器通道的电压分量利用如下公式确定位移：

其中，u₁为半球的第一容栅传感器的电压值，u₂为半球的第二容栅传感器的电压值，u₃为半球的第三容栅传感器的电压值，G为放大系数，u₀为初始电压，I为电流值，t为时间，x为沿x方向的位移值，y为沿y方向的位移值，z为沿z方向的位移值，d₀为初始极距，l为容栅初始位置正对长度，b为容栅宽度，ε为介电常数。

可选的，所述根据所述容栅传感器组的电压值确定位移之后还包括：