了解電動(dòng)位移平臺(tái)在位移檢測(cè)時(shí)原理與有限元分析

添加時(shí)間：2020-6-9 8:18:15 作者：浙江金科機(jī)械傳動(dòng)有限公司

1 電動(dòng)位移平臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
二維微位移平臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)主要包括微位移檢測(cè)傳感器、處理電路以及相關(guān)系統(tǒng)軟件三個(gè)組成部分。其x、y 全量程均為50 lm ( 即±25 um) , 設(shè)計(jì)分辨率為1/ 5 000 fs ——1/ 10 000 fs。
其中, 微位移檢測(cè)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(shí), 由敏感元件組成的兩路惠斯通電橋?qū)⒎謩e對(duì)x、y 方向位移進(jìn)行精確的微納米級(jí)測(cè)量。它的輸出信號(hào)傳送到電路系統(tǒng)中進(jìn)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(gè)增強(qiáng)功能, 集成度高。微位移檢測(cè)傳感器的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)電路處理后, 其輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)rs232 串口與pc機(jī)通訊。
系統(tǒng)軟件包括微處理器程序和上位機(jī)程序。微處理器程序?qū)崿F(xiàn)二維微位移測(cè)量信號(hào)的采樣和處理。上位機(jī)軟件是用高級(jí)語言設(shè)計(jì)而成的, 它可實(shí)現(xiàn)的功能有: 對(duì)微處理器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置; 通過rs232 串口與硬件系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通訊。

2 電動(dòng)位移平臺(tái)位移檢測(cè)原理與有限元分析
我們?cè)O(shè)計(jì)的二維微位移平臺(tái)微位移檢測(cè)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(shí)現(xiàn)x、y 方向位移測(cè)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(cè)量, 下面一組用于x 方向位移的測(cè)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(cè)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(gè)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(cè)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(jī)中, 為后續(xù)處理提供有效的實(shí)時(shí)傳感反饋。
采用有限元方法對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)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(jì)和特性分析提供依據(jù)。微位移檢測(cè)傳感器分別在x、y 正方向位移滿量程載荷作用下時(shí)產(chǎn)生的變形和z 方向應(yīng)變分布。