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基于交变磁场的平面二维时栅位移传感机理及测量模型 被引量：1
1
作者 陈自然 欧阳辉 +3 位作者 张桁潇 彭凯 王伟 崔南川 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期2612-2624,共13页
针对传统的平面二维位移传感器在超精密光刻、大面积传感器制造中存在的技术瓶颈,提出一种基于空间交变磁场的平面二维位移测量方法。在定尺平面布置均匀等间距的正弦/余弦激励绕组,施加时间正交激励电流,构建空间二维交变磁场,建立空... 针对传统的平面二维位移传感器在超精密光刻、大面积传感器制造中存在的技术瓶颈,提出一种基于空间交变磁场的平面二维位移测量方法。在定尺平面布置均匀等间距的正弦/余弦激励绕组,施加时间正交激励电流,构建空间二维交变磁场,建立空间二维位移和时间基准的映射关系。通过“维度判断+位移解耦”的组合测量模型实现平面二维位移测量,利用动尺维度判断感应绕组阵列输出信号经二值化后的组合逻辑来判断维度;利用动尺两维差动布置的位移感应绕组阵列拾取交变磁场,得到空间位移行波信号,通过比相实现二维位移解耦。通过电磁仿真,对平面二维时栅位移测量模型进行误差分析。研制样机并搭建了实验平台,实验结果表明,传感器在120 mm×120 mm的有效测量范围内,X方向测量误差最大不超过±9.4μm,Y方向测量误差最大不超过±9.7μm,两维度位移测量分辨力为0.15μm。利用毫米级尺寸的激励和感应绕组实现平面二维微米级测量精度,从原理上突破了传统平面二维位移传感器对超精密光刻的制约,降低了传感器加工难度,具有重要的理论研究意义和工程应用价值。 展开更多
关键词 二维位移测量 交变磁场 时栅传感器 组合测量
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大量程平面二维时栅误差特性与实验研究
2
作者 陈自然 刘振越 +2 位作者 彭凯 欧阳辉 郑永海 《光学精密工程》 北大核心 2025年第10期1558-1570,共13页
针对传统平面二维光栅位移传感器在大量程平面位移测量中存在结构复杂、栅格刻划加工要求严格等问题,提出一种“维度分解+位移解耦”的平面二维位移组合测量方法。通过空间周期性传感结构构建了正交变化的磁场,建立平面二维位移与时间... 针对传统平面二维光栅位移传感器在大量程平面位移测量中存在结构复杂、栅格刻划加工要求严格等问题,提出一种“维度分解+位移解耦”的平面二维位移组合测量方法。通过空间周期性传感结构构建了正交变化的磁场,建立平面二维位移与时间基准的映射关系。研究了传感器安装误差对二维位移测量精度的影响,通过建模仿真分析与实验验证重点分析了滚转姿态、俯仰姿态和偏摆姿态带来的二维位移测量误差。实验结果表明,安装误差会在两维位移测量中主要引入直流分量、2次和4次谐波误差。当动尺与定尺之间气隙高度为0.6 mm时,在240 mm×240 mm的测量范围内,X方向测量误差不超过±8.6μm,Y方向测量误差不超过±8.8μm,分辨力为0.15μm。利用毫米级的传感单元在240 mm×240 mm测量范围内实现微米级测量精度的二维位移测量具有重要的理论研究价值和工程应用价值。 展开更多
关键词 大量程 二维位移测量 时栅传感器 误差分析
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基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器 被引量：1
3
作者 杨继森 庹万章 +2 位作者 张静 冯济琴 卢渝 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期201-213,共13页
针对目前光刻机、超精密数控机床等高端超精密装备对于精准平面定位的要求,提出了一种基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器。传感器组成为定尺和动尺,其中定尺由导磁基体和X、Y方向励磁线圈构成,动尺由导磁基体和X、Y方向感应线圈构... 针对目前光刻机、超精密数控机床等高端超精密装备对于精准平面定位的要求,提出了一种基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器。传感器组成为定尺和动尺,其中定尺由导磁基体和X、Y方向励磁线圈构成,动尺由导磁基体和X、Y方向感应线圈构成。通过对X、Y方向励磁线圈通入正余弦励磁信号,在定尺上构建出多频磁场耦合的二维均匀磁场阵列,动尺感应出带有位移信息的电信号,经过理论推导和电磁仿真验证了多频磁场直接解耦差动结构和幅值调制解算方法的可行性,并对仿真误差进行分析,并优化了传感器结构。最后采用PCB工艺制作传感器样机并开展相关实验研究,实验结果表明:传感器在150 mm×150 mm的测量范围可对二维位移进行精确测量,其中X方向测量精度为±33.08μm,Y方向测量精度为±36.95μm,优化后的传感器样机X、Y方向原始对极内位移误差峰峰值在原有基础上降低了49.1%和50.7%。 展开更多
关键词 二维位移传感器 平面二维位移测量 多频磁场耦合
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基于平面驻波磁场的二维位移传感器测量原理与结构优化 被引量：6
4
作者 武亮 王鑫达 +1 位作者 童鹏 徐是 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期225-235,共11页
在芯片制造、智能制造、航空航天等领域,精密平面定位迫切需要平面两维度位移的同步独立精密测量。本文提出一种基于电磁感应原理的平面位移传感器,由动阵面和定阵面组成。定阵面由m×n个平面螺旋线圈阵列串联而成,通入交变励磁电... 在芯片制造、智能制造、航空航天等领域,精密平面定位迫切需要平面两维度位移的同步独立精密测量。本文提出一种基于电磁感应原理的平面位移传感器,由动阵面和定阵面组成。定阵面由m×n个平面螺旋线圈阵列串联而成,通入交变励磁电信号时在测量平面产生平面驻波磁场。动阵面由四个螺旋线圈以2×2矩阵形式排列,感应出振幅随x轴和y轴位移变化的四路调制信号,并利用Cordic算法求解两维度位移量。本文首先介绍了传感器的工作原理,对电磁模型进行有限元分析,并对位移解算算法进行数值模拟。根据仿真结果对测量误差进行分析溯源,优化传感器结构。制作传感器样机开展了实验验证,验证了传感器结构和位移解耦方法的可行性。实验表明,传感器在节距内最大误差为48.7μm,分辨率为0.317μm,在147 mm×147 mm量程范围内,传感器线性度达到0.15%,为高精度电磁感应式平面二维位移传感器的进一步发展提供了理论支撑和实验指导。 展开更多
关键词 平面二维位移测量 螺旋线圈 平面驻波磁场 CORDIC算法
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一种高电压环境下的二维微位移测量系统研制 被引量：2
5
作者 张帅 缪东晶 +3 位作者 李建双 孔明 郭天太 郑继辉 《中国测试》 CAS 北大核心 2019年第12期90-95,共6页
高压电容器高低压电极之间不同轴,在通电状态下高低压电极间会产生相对位移,影响电容电压系数。为准确测量在高电压环境下高、低压电极之间的相对位移,研制一种基于微结构特征与数字图像序列分析相结合的二维微位移测量系统。该系统由... 高压电容器高低压电极之间不同轴,在通电状态下高低压电极间会产生相对位移,影响电容电压系数。为准确测量在高电压环境下高、低压电极之间的相对位移,研制一种基于微结构特征与数字图像序列分析相结合的二维微位移测量系统。该系统由标片、工业相机、镜头、环形光源、无线通信模块、微型电脑等部分组成。通过激光干涉仪对标片上圆心距离进行精确标定,各方向标定系数分散性标准差为2.16×104μm/像素,再通过圆心距离计算测量系统每个像素代表的长度值,采用这种方法可以将系统的测量结果溯源至激光波长。通过对系统精度的实验验证,在[0 mm,8 mm]测量范围内,所研制系统在二维方向的准确度优于4.9μm。结果表明,该系统满足高压电容器高低压电极之间位移测量精度要求。 展开更多
关键词 计量学 二维微位移测量 图像处理 像素标定
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平面二维时栅位移传感器的理论模型与误差分析 被引量：7
6
作者 刘小康 李佳豪 +2 位作者 彭凯 王合文 蒲红吉 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期111-121,共11页
本文提出了一种平面二维位移测量方法,并研制出了一种新型的平面二维时栅位移传感器。首先,建立了平面二维时栅测量模型,采用一种离散化的电极编码阵列,实现了二维平面上的编码;其次,提出了一种测量信号解耦方法,通过对4块正交排列的动... 本文提出了一种平面二维位移测量方法,并研制出了一种新型的平面二维时栅位移传感器。首先,建立了平面二维时栅测量模型,采用一种离散化的电极编码阵列,实现了二维平面上的编码;其次,提出了一种测量信号解耦方法,通过对4块正交排列的动尺电极上的感应信号进行线性运算,实现了对输出行波信号的解耦;建立了三维电场仿真模型并进行仿真分析,仿真结果验证了离散化电极编码的可行性和解耦运算方法的有效性;此外,通过仿真得到了平面二维时栅位移传感器的误差特性,其主要以4次误差为主,并且随着间隙的增大而衰减;最后,采用PCB工艺制造了传感器样机进行实验。实验表明:在300 mm×300 mm范围内,二维时栅传感器在X方向大量程误差为±8μm,Y方向大量程误差为±8.4μm,实现了可靠的二维位移测量。 展开更多
关键词 平面二维位移测量 位移传感器 时栅 信号解耦 误差特性
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基于正交双行波磁场的平面二维时栅位移传感器 被引量：4
7
作者 武亮 阿岩琛 +2 位作者 吴玉龙 苏瑞 鲁进 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期58-65,共8页
针对半导体行业、航空航天等领域对于精密二维位移测量的迫切需求,提出了一种基于正交双行波磁场的平面二维时栅位移传感器。传感器由定尺和动尺组成,定尺由导磁基体和沿x、y方向排列的两励磁线圈组成,动尺由导磁基体和沿x、y方向排列... 针对半导体行业、航空航天等领域对于精密二维位移测量的迫切需求,提出了一种基于正交双行波磁场的平面二维时栅位移传感器。传感器由定尺和动尺组成,定尺由导磁基体和沿x、y方向排列的两励磁线圈组成,动尺由导磁基体和沿x、y方向排列的两层感应线圈组成。当励磁线圈通入正余弦励磁信号时,在定尺上方产生分别沿x和y方向运动的正交双行波磁场。通过对感应线圈输出的感应电信号进行解算得到x和y方向的位移值。首先介绍了传感器的结构和工作原理,对传感器模型进行了电磁场仿真;然后对仿真误差进行溯源分析,并优化传感器结构;最后采用印刷电路板技术制作了传感器样机,并设计相应的电气系统进行实验验证。实验结果表明该传感器在160 mm×160 mm测量范围内能够实现平面二维位移测量,x方向节距内位移误差峰峰值为32.8μm,y方向节距内位移误差峰峰值为34.5μm。 展开更多
关键词 时栅 平面二维位移测量 正交双行波磁场
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一种离散阵列的平面二维电场式时栅位移传感器 被引量：4
8
作者 王合文 彭凯 +2 位作者 刘小康 蒲红吉 于治成 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期88-96,共9页
针对平面二维光栅位移测量技术在高精度和大量程之间难以兼顾的现状,基于前期一维电场式时栅的研究基础,提出了一种离散阵列结构的二维电场式时栅位移传感器。传感器采用平面正交离散栅面空间排布的编码方法,实现了对平面二维电场式时... 针对平面二维光栅位移测量技术在高精度和大量程之间难以兼顾的现状,基于前期一维电场式时栅的研究基础,提出了一种离散阵列结构的二维电场式时栅位移传感器。传感器采用平面正交离散栅面空间排布的编码方法,实现了对平面二维电场式时栅激励电极编码;建立了平面二维电场式时栅位移测量模型,从理论上推导了受X和Y两个方向位移信息调制的耦合信号表达式;提出了一种二维位移测量信号直接解耦方法,利用差动感应电极空间位置关系,通过简单的加减运算实现了测量信号的解耦。使用PCB工艺制造了传感器样机并进行了性能测试,验证了提出的编码和解耦方法的可行性。最终结果表明,所提出的传感器在160 mm×160 mm测量范围内,X和Y方向测量误差峰峰值分别为13.1μm和11.8μm。 展开更多
关键词 电容式传感器 二维位移测量 时栅 大量程 离散阵列
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