對于不同的測微，其的原理和所用的裝置以及校正的基準(zhǔn)都會有著不同的要求。為了對精密電容測微進行的儀器校正，必須對其工作原理、傳感器的結(jié)構(gòu)特點和安裝進行的分析研究；尋找適合其工作特點的原理和，設(shè)計完整的校正裝置校正精度的需要。因此，下面首*行精密電容測微的工作原理的分析研究。

1、精密電容測微儀的工作原理

隨著精密加工技術(shù)的誕展和天文、、工業(yè)等對零件精度要求的，加工設(shè)備和工件的測量精度要求也就愈來愈高。因此，近幾年來各行各業(yè)紛紛推出了高分辨力、高精度的測量儀器。精密測微儀是七十年代初期，部為了解決《慣性導(dǎo)航陀螺的動態(tài)》問題提出的，這是因為陀螺的動態(tài)測量對陀螺的精度和氣體軸承的研究是非常重要的。其測量主要包括軸向、徑向、角剛度、軸承壓力的分布、不性以及振動等各個參數(shù)。由于被測對象是高速體，在測量時必須采用非式的；同時由于測量的是很小氣膜(約為0.2～0.3微米)，因此要求測量設(shè)備必須有很高的靈敏度和度，只有這樣才能被測對象的要求。

 精密電容測微儀，是一種非式測量微小相對位移、微小尺寸和微振動的儀器。它具有靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)好、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、使用方便、并能實現(xiàn)無測量等一系列優(yōu)點，因此在科研、儀器計量及工業(yè)生產(chǎn)加工行業(yè)中都了廣泛的應(yīng)用。電容測微儀主要應(yīng)用的方面有：各種介質(zhì)的薄膜厚度、金屬微變、微小相對位移、微小孔徑及各種截面的形狀誤差等，在精密機械工業(yè)測量方面取得了重要地位，成為納米技術(shù)和慣導(dǎo)不可缺少的設(shè)備。所以，目前各發(fā)達對電容式精密測微的發(fā)展給予了足夠的，并相繼研制出適用于各種的電容檢測設(shè)備。

 電容測微儀一個關(guān)鍵的技術(shù)問題，就是如何用的電路把電容傳感器容量的變化準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為所測參量的變化，目前常用的電容轉(zhuǎn)化電路有諧振法、流橋法、調(diào)頻法、調(diào)幅法。由于電容傳感器本身與被所測對象構(gòu)成的有效電容值很小，很容易受外界的，因此無論采用那一種轉(zhuǎn)換電路都必須很好的解決漂移和雜散電容對測量的影響。下面給出一些上比較典型和成熟的電容式精密測微的生產(chǎn)廠家和技術(shù)指標(biāo)(見表2-1)。為了對各種工作原理的電容測微進行的自校正，就必須對其轉(zhuǎn)化電路的基本工作原理和傳感器的結(jié)構(gòu)特點進行分析討論，以便采用相應(yīng)、合理的自校正裝置對其進行準(zhǔn)確的校正。

 2、精密電容測微儀自校正的實現(xiàn)

儀器校正中位移比例杠桿放大結(jié)構(gòu)是其基本工作原理(即經(jīng)常采用的正弦尺原理)的核心，它是通過比例放大裝置將被校傳感器測量的位移按比例放大之后，與基準(zhǔn)傳感器所測量的結(jié)果進行比較，并將二者所測得的結(jié)果按照一定的進行數(shù)據(jù)處理終確定其線性誤差，從而被校正傳感器的測量精度。我們只了自校正的理論基礎(chǔ)，但不同的傳感器的結(jié)構(gòu)形式和不同測量原理的設(shè)備，采用的自校正的和校正的裝置都不可能完全相同。這是因為杠桿比例放大結(jié)構(gòu)在測量原理上存在兩大缺陷，一是杠桿結(jié)構(gòu)自身的缺點：杠桿支點的位置不確定性對位移的放大比例產(chǎn)生直接的影響；另外杠桿支點的轉(zhuǎn)角剛度對杠桿的撓曲變形起著決定性的作用，而且這些影響非常復(fù)雜很難用簡單的函數(shù)關(guān)系表達出來。而這種復(fù)雜的影響關(guān)系對自校正的準(zhǔn)確性的影響也很復(fù)雜，不易于修正；二是比例杠桿應(yīng)用在有效面積型傳感器中的缺點：比例杠桿在彎曲變形時，對于被校正具有有效測量截面的傳感器而言，其位移變化存在著正弦尺的原理誤差，在對這類傳感器進行儀器校正時必須充分考慮其對儀器校正精度的影響。對于任何形式的精密電容測微儀，由于其所使用的電容傳感器都具有一定的有效測量面積，采用自校正進行校正時，上述杠桿比例放大結(jié)構(gòu)的兩種影響都是不容忽視的。根據(jù)上述儀器校正基本工作原理，對具有有效測量面積類型的傳感器進行自校正時，必須對其自校正裝置進行合理的設(shè)計，具體實驗裝置如圖2-8所示。該自校正實驗裝置采用了兩個坡度相同的比例斜塊，當(dāng)二者發(fā)生相對運動時，即可放大(或縮小)在其相互垂直方向上的位移，以此實現(xiàn)自校正中被測傳感器測量距離放大(或縮小)的目的。采用這種位移比例放大(或縮小)裝置，在接個運動中既沒有支點的位置精度的影響也沒有撓曲變形的比例非線性，從原理上解決了比例杠桿結(jié)構(gòu)對有效面積類型傳感器自校正精度的影響。

根據(jù)電容測微儀傳感器的結(jié)構(gòu)形式特點和安裝的特殊要求，采用斜面位移比例放大結(jié)構(gòu)非常適合。因為斜面式位移比例放大裝置，其比例放大倍數(shù)是由兩相互斜面的坡度來決定，只要改變斜面坡度值的大小，就可以實現(xiàn)任意比例放大倍數(shù)。另外，采用這種結(jié)構(gòu)位移比例放大系數(shù)在整個測量中非常，因此可以大大的傳感器自校正的準(zhǔn)確度和性。在圖2-8的自校正裝置原理圖中，以直徑為由3mm的單極板電容傳感器A和B為例進行自校正。傳感器A可以通過裝置改變其與被測面之間的距離，以便對傳感器不同的測量范圍段進行校正。具體的校正是壓電驅(qū)動器推動比例斜面位移使基準(zhǔn)傳感器由測量的初始位置變化到滿量程，與此同時計算機采集傳感器A和B的變化量，實現(xiàn)校正的自動數(shù)據(jù)采集。由于比例斜面的放大作用被校正傳感器只能校正其滿量程的l/n。之后壓電驅(qū)動器返回到基準(zhǔn)傳感器的初始位置，同時被校正傳感器到剛才校正的后一點的位置，進行下一個1/n量程的儀器校正，依次進行n次即可完成一個校正循環(huán)。另外從2-l節(jié)的推導(dǎo)可以看出，n值取的愈大在校正的中基準(zhǔn)傳感器對被測傳感器誤差的放大作用愈大，校正的精度就會愈高。但是n值愈大在校正中基準(zhǔn)傳感器安裝的愈多，進行一次完整的校正的時間就會愈長，這樣由于安裝和校正的漂移引起的校正誤差就會愈大。由于上述原因，如果n值取得太大，反而會校正的準(zhǔn)確性。因此，在實際n值的選取中，必須進行的考慮選取一個折衷數(shù)值。

微驅(qū)動器作為一種能產(chǎn)生微米、納米級的微型裝置，為微機械提供動能，已成為微機械研究的一個重要支柱。由于它的輸出能產(chǎn)生微米、納米級的操作，因此在工業(yè)的各個領(lǐng)域中了廣泛的應(yīng)用和推廣。近年來，國內(nèi)外研究的微驅(qū)動器，按其工作原理大致可分為靜電、電磁、壓電、形狀記憶合金、熱和光驅(qū)動、導(dǎo)驅(qū)動等類型，其中壓電型驅(qū)動器是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)設(shè)計而成，是一種*的微位移器件，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、響應(yīng)快、分辨力高、控制簡單、沒有問題等優(yōu)點，是的微位移器件。壓電驅(qū)動器的上述諸特點賦予了它廣闊的應(yīng)用前景和實用價值，故了國內(nèi)技人員的極大關(guān)注。壓電陶瓷是具有壓電效應(yīng)的壓電材料，在經(jīng)過極化處理的陶瓷體上沿其方向施加一個機械壓力(或釋放壓力)時，陶瓷體就會產(chǎn)生充(放)電現(xiàn)象，即正壓電效應(yīng)；反之，若在陶瓷體上施加一個與極化方向相同(或相反)的電場，則會引起陶瓷體伸長(或縮短)的變形，即逆壓電效應(yīng)。我們利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)來產(chǎn)生的微位移運動。

為了把握校正噪聲及漂移情況，進行了如下的自校正性實驗：在自校正的各部分連接與儀器校正完全一致的情況下，將傳感器Sa和Sb都到其滿量程一半的位置，待校正后，由計算機進行定時定間隔采集數(shù)據(jù)。圖2-9是整個采樣15min，間隔5s采樣一次的測量結(jié)果。圖中橫坐標(biāo)表示采樣樣本數(shù)，縱坐標(biāo)表示傳感器Sa和Sb的漂移量，單位(mV)。采用該自校正中進行儀器校正時，被校正傳感器在整個測量范圍內(nèi)校正一遍，一般約需10min。在這期間整個的變化量不過2mV(約8nm)。

在實際的儀器校正中，每個數(shù)據(jù)都是取其20次采樣的平均值，高頻成分的影響將進一步減小。對分辨力4nm的傳感器來說，其高頻成分的影響可以忽略不計。雖然漂移情況往往隨時間的變化而變化，圖2-9是具有代表性的實例。從性實驗的結(jié)果來看，該自校正裝置完全可以精密電容測微自校正性的要求。