基于PSD的微位移傳感器建模的實現(xiàn)方法

4 實例分析與仿真
完成系統(tǒng)硬件連接，并對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。實驗過程中，利用步進(jìn)電機(jī)對系統(tǒng)位移進(jìn)行改變，步進(jìn)電機(jī)精度為0．1 μm，其值遠(yuǎn)小于步進(jìn)電機(jī)的步距(步距為10μm)故可以認(rèn)為位移值為真值。為了提高檢測的精確度，減小隨機(jī)誤差，PC機(jī)所獲取的測量值為對每個檢測點進(jìn)行連續(xù)20次測量所取的平均值，其精度足以滿足要求。通過實驗測得PSD的微位移傳感器系統(tǒng)輸出電壓和被測位移量之間對應(yīng)關(guān)系的一組數(shù)據(jù)如表1所示。(電壓采用20次測量的均值)。

由實驗數(shù)據(jù)可知：在PSD的中間區(qū)域內(nèi)，V-S變化趨勢基本上成線性關(guān)系；但是在被測試件位移量較大和接近PSD的邊緣時，兩個區(qū)間內(nèi)線性度較差，呈現(xiàn)非線性關(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性，這也是其主要不足之處另外，PSD不是理想的點電極，電極之間并非對稱，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P(yáng)SD微位移傳感器的數(shù)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的殘差平方和的數(shù)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的光滑程度，又要注重考慮真實反映傳感器輸入、輸出之間的變化規(guī)律。某PSD的微位移傳感器特性擬合曲線如圖5所示。

5 結(jié)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(yīng)關(guān)系。通過合理選擇測量點，相應(yīng)測得一組實驗數(shù)據(jù)，運(yùn)用MATLAB語言對PSD微位移傳感器建立其數(shù)學(xué)模型，擬合求出PSD微位移傳感器的(S，V)曲線。仿真結(jié)果表明，利用這種建模方法可以實現(xiàn)PSD微位移傳感器數(shù)學(xué)模型階次和系數(shù)的辨識，擬合出的(S，V)曲線較為直觀地反映了某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，富于實際意義。PSD微位移傳感器的模型的建立為其非線性補(bǔ)償問題找到了一個很好的途徑。