微小位移与姿态的读取方法及存储介质技术

本申请涉及电容传感技术领域，具体为一种微小位移与姿态的读取方法及存储介质。该微小位移与姿态的读取方法采用微小位移与姿态的测量系统执行以下步骤：获取电极板与测试质量块之间的当前差分电容；将所述当前差分电容转换为当前电压；基于位移到电压的增益系数和所述当前电压获得所述测试质量块的当前位移和当前姿态，可以减小链路中噪声对微小位移与姿态的影响，获得低时延和线性相位的位移信息。获得低时延和线性相位的位移信息。获得低时延和线性相位的位移信息。

【技术实现步骤摘要】
微小位移与姿态的读取方法及存储介质


[0001]本申请属于电容传感
，具体为一种微小位移与姿态的读取方法及存储介质。

技术介绍

[0002]电容传感在航天领域中得到越来越多的应用，比如惯性传感器和加速度计等。读取方法成为电容传感单机能否准确读取位移信息的关键技术。由电容传感单机读取的位移信息应用在控制回路中，要求读取的位移信息具有低时延和线性相位等特点。目前应用在航天领域中的电容传感单机在读取微小位移信息时，由于测量链路长等的因素，被测对象的微小位移经常被淹没在噪声中，极大地影响测量精度。利用电容传感技术准确读取微小位移，除了要求合理的机械结构和电路设计，需要开发出合理的、具有低时延和线性相位的微小位移与姿态的读取方法。因此，如何开发出合理的、具有低时延和线性相位的微小位移与姿态的读取方法，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本说明书一个或多类实施例的目的是提供一种微小位移与姿态的读取方法，可以减小链路中噪声对微小位移与姿态的影响，获得低时延和线性相位的位移信息。
[0004]为解决上述技术问题，本说明书一个或多类实施例是这样实现的：
[0005]第一方面，提供了一种微小位移与姿态的读取方法，采用微小位移与姿态的测量系统执行以下步骤：获取电极板与测试质量块之间的当前差分电容；将所述当前差分电容转换为当前电压；基于位移到电压的增益系数和所述当前电压获得所述测试质量块的当前位移和当前姿态。
[0006]第二方面，提出了一种存储介质，用于计算机可读存储，所述存储介质存储有一个或者多类程序，所述一个或者多类程序可被一个或者多类处理器执行时，实现上述微小位移与姿态的读取方法。
[0007]由以上本说明书一个或多类实施例提供的技术方案可见，本专利技术实施例提供的微小位移与姿态的读取方法，采用微小位移与姿态的测量系统执行以下步骤：获取电极板与测试质量块之间的当前差分电容；将当前差分电容转换为当前电压；基于位移到电压的增益系数和当前电压获得测试质量块的当前位移和当前姿态。本专利技术提供的微小位移与姿态的读取方法能够减小链路中的噪声对微小位移与姿态的影响，同时具有低时延、线性相位等特点。本读取方法能够有效地提升微小位移和姿态的测量精度，可以达到纳米级的测量精度。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本说明书一个或多类实施例或现有技术中的技术方案，下面将对一个或多类实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下
面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0009]图1是根据本专利技术实施例提供微小位移与姿态的读取方法的流程示意图；
[0010]图2是根据本专利技术实施例提供的微小位移与姿态的读取方法采用的微小位移与姿态的测量系统示意图；
[0011]图3是根据本专利技术实施例提供的微小位移与姿态的读取方法中测试质量块的当前位移和当前姿态的测量原理示意图；
[0012]图4是根据本专利技术实施例提供的微小位移与姿态的读取方法中设计FIR滤波器的设计工具示意图；
[0013]图5是根据本专利技术实施例提供的微小位移与姿态的读取方法中设计的FIR滤波器频率响应一示意图；
[0014]图6是根据本专利技术实施例提供的微小位移与姿态的读取方法中设计的FIR滤波器频率响应二示意图；
[0015]图7根据本专利技术实施例提供的微小位移与姿态的读取方法中标定位移到电压的增益系数示意图；
[0016]图8是本专利技术实施例提供的微小位移与姿态的读取方法中获得测试质量块的当前位移示意图；
[0017]图9是根据本专利技术实施例提供的微小位移与姿态的读取方法中获得测试质量块的当前姿态示意图。
具体实施方式
[0018]为了使本
的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多类实施例中的附图，对本说明书一个或多类实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的一个或多类实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的一个或多类实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
[0019]本专利技术实施例提供的一种微小位移与姿态的读取方法，可以减小链路中噪声对微小位移与姿态的影响，获得低时延和线性相位的位移信息。下面将详细地描述本说明书提供的微小位移与姿态的读取方法及其各个步骤。
[0020]实施例一
[0021]参照图1所示，为本专利技术实施例提供的一种微小位移与姿态的读取方法，采用微小位移与姿态的测量系统读取微小位移与姿态。该微小位移与姿态的读取方法，包括以下步骤：
[0022]S10：获取电极板与测试质量块之间的当前差分电容；
[0023]采用微小位移与姿态的测量系统获取电极板与测试质量块之间的当前差分电容，基于当前差分电容等到对应的当前电压，由位移到电压的增益系数和当前电压获得测试质量块的当前位移和当前姿态。本专利技术能够减小链路中的噪声对微小位移与姿态的影响，同时具有低时延、线性相位等特点。
[0024]S20：将当前差分电容转换为当前电压；
[0025]将当前差分电容转换为当前电压的方式可以采用前端模拟电路将该当前差分电容转换为电压模拟信号，经过模数转换、过滤后得到当前电压。
[0026]S30：基于位移到电压的增益系数和当前电压获得测试质量块的当前位移和当前姿态。
[0027]最后再根据位移到电压的增益系数和当前电压获得测试质量块的当前位移和当前姿态。
[0028]以自由度x方向为例，测试质量块的当前位移和当前姿态与当前差分电容ΔC之间的关系为：
[0029][0030]其中，C
L
和C
R
分别表示X方向上左侧电极板和右侧电极板的电容值，ε
r
为相对真空的介电常数；ε0为真空中的介电常数；A为电极板的有效面积，d0为当测试质量块处于电极板的中心位置时，测试质量块与电极板之间的间隙距离，x为测试质量块的移动距离，当x＜＜d
u
时，进行泰勒展开：
[0031][0032]忽略高阶小量后，化简为：
[0033][0034]测试质量块沿某自由度的位移为公式(4)，其中X
R
和X
L
为该自由度的左侧电极板和右侧极板测量的位移量。
[0035][0036]当偏转角度θ趋近0时，测试质量块的姿态角度θ为：
[0037][0038]其中l为相邻电极板的中心点之间的距离。
[0039]基于电容传感的工作特点，本专利技术的目的是提供一种微小位移与姿态的读取方法，以解决当前读取方法噪声大、时延高、相位非线性等缺点，能够有效地减少噪声的干扰，提高位移读取的精度，同时能够有效减小时延的影响，避免了相位噪声，减小对位移数据后续使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微小位移与姿态的读取方法，其特征在于，采用微小位移与姿态的测量系统执行以下步骤：获取电极板与测试质量块之间的当前差分电容；将所述当前差分电容转换为当前电压；基于位移到电压的增益系数和所述当前电压获得所述测试质量块的当前位移和当前姿态。2.根据权利要求1所述的微小位移与姿态的读取方法，其特征在于，基于获取电极板与测试质量块之间的当前差分电容之前，所述方法，还包括：搭建所述微小位移与姿态的测量系统；标定所述位移到电压的增益系数。3.根据权利要求2所述的微小位移与姿态的读取方法，其特征在于，搭建所述微小位移与姿态的测量系统，具体包括：将测试质量块和电极板分别设置至所述六自由度微位移移动平台上，其中所述电极板与所述六自由度微位移移动平台相互绝缘；设置电容表读取所述测试质量块和所述电极板之间的差分电容；将前端模拟电路的输入端连接所述电极板，获得所述差分电容对应的电压模拟信号；控制器控制六自由度微位移移动平台移动。4.根据权利要求3所述的微小位移与姿态的读取方法，其特征在于，获取电极板与测试质量块之间的差分电容之前，所述方法，还包括：同一自由度上的两侧至少设置两片所述电极板；调整所述测试质量块位于所述电极板的中心位置，并且所述测试质量块所在所述同一自由度上的平面与所述电极板平行。5.根据权利要求3所述的微小位移与姿态的读取方法，其特征在于，将所述差分电容转换为当前电压，具体包括：采用前端模拟电路获得所述当前差分电容对应的电压模拟信号；经过模数转换后得到离散电压信号；对所述离散电压信号进行滤波处理，得到滤波电压数字信号；基于正参考电压和负参考电压将所述滤波电压信号转换为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛科，于涛，汪龙祺，王智，隋延林，陈泳锟，陈禹竺，刘鑫，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：