基于PSD的微位移傳感器建模的實(shí)現方法

4 實(shí)例分析與仿真
完成系統硬件連接，并對系統進(jìn)行調試，開(kāi)始對數據進(jìn)行采集。實(shí)驗過(guò)程中，利用步進(jìn)電機對系統位移進(jìn)行改變，步進(jìn)電機精度為0．1 μm，其值遠小于步進(jìn)電機的步距(步距為10μm)故可以認為位移值為真值。為了提高檢測的精確度，減小隨機誤差，PC機所獲取的測量值為對每個(gè)檢測點(diǎn)進(jìn)行連續20次測量所取的平均值，其精度足以滿(mǎn)足要求。通過(guò)實(shí)驗測得PSD的微位移傳感器系統輸出電壓和被測位移量之間對應關(guān)系的一組數據如表1所示。(電壓采用20次測量的均值)。

由實(shí)驗數據可知：在PSD的中間區域內，V-S變化趨勢基本上成線(xiàn)性關(guān)系；但是在被測試件位移量較大和接近PSD的邊緣時(shí)，兩個(gè)區間內線(xiàn)性度較差，呈現非線(xiàn)性關(guān)系，這主要因為影響傳感器特性的因素有很多；PSD器件的固有特性決定其存在非線(xiàn)性，這也是其主要不足之處另外，PSD不是理想的點(diǎn)電極，電極之間并非對稱(chēng)，而且，入射光、反偏電壓、背景光、環(huán)境溫度等都是影響傳感器特性的因素。故大致可以分3段擬合該PSD微位移傳感器的數學(xué)模型。擬合后殘差平方和的大小決定了多項式擬合的效果，為了盡可能降低各測量點(diǎn)的殘差平方和的數值，要合理選擇擬合的階次。擬合階次的選擇既要兼顧擬合曲線(xiàn)的光滑程度，又要注重考慮真實(shí)反映傳感器輸入、輸出之間的變化規律。某PSD的微位移傳感器特性擬合曲線(xiàn)如圖5所示。

5 結論
PSD的微位移傳感器的輸出電壓和被測試件位移間存在對應關(guān)系。通過(guò)合理選擇測量點(diǎn)，相應測得一組實(shí)驗數據，運用MATLAB語(yǔ)言對PSD微位移傳感器建立其數學(xué)模型，擬合求出PSD微位移傳感器的(S，V)曲線(xiàn)。仿真結果表明，利用這種建模方法可以實(shí)現PSD微位移傳感器數學(xué)模型階次和系數的辨識，擬合出的(S，V)曲線(xiàn)較為直觀(guān)地反映了某PSD微位移傳感器的特性，具有較高的擬合精度。此種建模方法具有良好的通用性，富于實(shí)際意義。PSD微位移傳感器的模型的建立為其非線(xiàn)性補償問(wèn)題找到了一個(gè)很好的途徑。