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)進行調試，開始對數(shù)據(jù)進行采集。實驗過程中，利用步進電機對系統(tǒng)位移進行改變，步進電機精度為0．1 μm，其值遠小于步進電機的步距(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檢測點進行連續(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關系的一組數(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，V-S變化趨勢基本上成線性關系；但是在被測試件位移量較大和接近PSD的邊緣時，兩個區(qū)間內線性度較差，呈現(xiàn)非線性關系，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PSD微位移傳感器的數(shù)學模型。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系。通過合理選擇測量點，相應測得一組實驗數(shù)據(jù)，運用MATLAB語言對PSD微位移傳感器建立其數(shù)學模型，擬合求出PSD微位移傳感器的(S，V)曲線。仿真結果表明，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償問題找到了一個很好的途徑。