[发明专利]一种多自由度差分电容位移传感器标定装置

摘要

本发明公开了一种多自由度差分电容位移传感器标定装置，包括差分电容位移传感模块、激光干涉测距模块、温度控制模块和数据处理模块；所述差分电容位移传感模块包括机械敏感探头和差分电容传感电路；机械敏感探头包括动极板、多自由度微位移台、定极板和绝缘基座；激光干涉测距模块包括激光器、屏蔽框架和N个分布在平动自由度方向的干涉条纹单元；温度控制模块用来屏蔽外部环境温度扰动；干涉测距模块测量动极板相对于定极板的位移，差分电容位移传感模块输出电压信号，数据采集与处理系统对数据进行处理得到动极板平动自由度位移到差分电容位移传感模块输出电压的格值系数，从而精确评价量程在微米量级的高精度差分电容位移传感模块的分辨率水平。

主权项

一种多自由度差分电容位移传感器标定装置，其特征在于，包括差分电容位移传感模块、激光干涉测距模块、温度控制模块(13)和数据处理模块(12)；所述差分电容位移传感模块包括机械敏感探头和差分电容传感电路(11)；所述机械敏感探头包括动极板(1)、多自由度微位移台(2)、定极板(3)和绝缘基座(4)；所述动极板(1)通过所述绝缘基座(4)固定在所述多自由度微位移台(2)上，所述动极板(1)跟随所述多自由度微位移台(2)进行多自由度的平动；所述动极板(1)与所述定极板(3)相互配合并构成多对差分电容；所述差分电容传感电路(11)与所述动极板(1)和所述定极板(3)连接，用于将动极板与定极板形成的差分电容转换为第一电压信号；所述激光干涉测距模块包括：激光器(10)、屏蔽框架(6)和N个分布在平动自由度方向的干涉条纹单元；N为自由度的个数，N为大于等于1且小于等于3；每一个干涉条纹单元包括隔离透镜(5)、分光镜(7)、反射镜(8)和光电传感器(9)；激光器(10)发射的激光经过所述分光镜(7)后被分成两束强度相等的光，一束光通过隔离透镜(5)透射至所述动极板(1)的表面后反射回所述分光镜(7)，并经所述分光镜(7)再次反射后输出第一光束；另一束经过反射镜(8)反射回所述分光镜(7)，并经所述分光镜(7)透射后输出第二光束，所述第一光束与所述第二光束发生干涉后形成干涉条纹；光电传感器(9)用于将所述干涉条纹转换为第二电压信号；N个隔离透镜(5)嵌入在所述屏蔽框架(6)上，所述屏蔽框架(6)用于抑制外部电磁场噪声干扰；所述动极板(1)、所述隔离透镜(5)、所述分光镜(7)和所述激光器(10)的中心均设置在同一条直线上；多对定极板(3)固定在低膨胀系数的屏蔽框架(6)的内壁上，多对定极板保持相对静止；且各个定极板与动极板之间的距离相等；温度控制模块(13)用于对多自由度差分电容位移传感器标定装置的工作环境的温度进行控制，使得工作环境温度的波动小于0.01℃；数据处理模块(12)用于采集所述第一电压信号和所述第二电压信号，并根据所述第二电压信号获得激光干涉测距测量的动极板位移Δx；根据所述第一电压信号和所述动极板位移获得动极板位移到第一电压信号的格值系数K。