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納米E+E時柵傳感器傳感器電場仿真與實驗研究
納米位移傳感器是實現納米數控機床、特殊需求的國防軍工和大規模集成電路等*技術領域核心關鍵功能部件的“宏觀結構的納米精度制造”的保證。大量程和高精度不能同時兼顧是現大多數納米位移測量方法存在的矛盾。為此，提出研究一種基于時空轉換理論的新型納米E+E時柵傳感器位移傳感器。

納米E+E時柵傳感器傳感器電場仿真與實驗研究
位移測量是zui基本、zui廣泛的幾何測量。作者所在課題組前期研究的磁場式E+E時柵傳感器精密位移傳感器，達到了較高水平，它的開槽的精度和密度以及信號的抗干擾能力遠遠不需要和光柵相比。但是仍有以下缺點：一是信號采用電磁耦合形式，強度難以進一步提高；二是需要在電機或測頭、導軌上均勻開槽，但是受到機械加工精度限制；三是傳感器的定子線圈和感應線圈采用導磁材料，質量較重，制作工藝需要繞線，生產效率低。 針對上述現有技術不足，提出一種基于交變電場的E+E時柵傳感器傳感器，它不用精密刻線，不用電阻細分箱，而采用差動平板電容式結構，利用電場耦合原理獲取信號，以時鐘脈沖作為位移計量基準，功耗低，重量輕，分辨力高，成本低。但是此類E+E時柵傳感器位移傳感器激勵信號和感應信號的頻率都比較高，以頻率為40KHz的電場式E+E時柵傳感器信號作為研究對象，研究基于交變電場的電行波測量信號產生機理、信號形成質量、控制方法和信號處理技術。設計并實現了前置信號調理電路，大大提高了信號的穩定性。研究電場式E+E時柵傳感器的精度理論、誤差分離與修正技術，提高了精度。是磁場式E+E時柵傳感器激勵信號頻率的100倍。這就對信號處理提出了更高的要求，提高信號的處理速度成為了解決問題的關鍵之一。傳感器通過差動電容構建的交變電場將空間量轉換成時間量進行精密測量，利用了時間量測量精度高的優勢來提高測量精度，降低對制造要求，因而更易實現大量程。通過對傳感器進行理論研究、模型仿真和實驗研究相結合且不斷反復以達到*化設計。前期研究工作中，電場的不可見性帶來了困擾。在研究納米E+E時柵傳感器傳感器過程中，需要對電場有足夠的認識，把握電場規律，了解測量模型的電場分布情況才能在傳感器研究中有的放矢，避免很多不必要的工作。為此，開展了如下研究：對納米E+E時柵傳感器測量原理進行了深入的分析和推導：根據傳感器測量模型特點，建立仿真模型，利用ANSYS軟件對傳感器在不同參數、激勵相間和多介質等情況下的電場分布進行了有限元仿真。通過仿真分析找到了傳感器一次、四次諧波誤差形成原因，同時得到了不同情況下電場分布與傳感器誤差特性的關系；搭建了實驗平臺，對仿真分析得出的結論進行實驗驗證，同時對傳感器穩定性等進行了實驗研究。

納米E+E時柵傳感器傳感器電場仿真與實驗研究
針對仿真分析和實驗驗證得出一次、四次諧波誤差形成原因，對傳感器進行了優化設計。通過優化，傳感器在測量范圍為200mm時，補償后的誤差達到±300nm。 通過對納米E+E時柵傳感器傳感器研究，更為深入的了解了傳感器特性，進一步完善了納米E+E時柵傳感器理論體系，為后續研究打下了堅實的基礎和提供了實踐-理論-實踐的科學研究方法。