[發明專利]一種基于諧波分量的電容位移檢測非線性實時校準方法

有效

• 申請號: 202110266417.2
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113048871B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 肖定邦;吳學忠;孫江坤;張勇猛;余升;席翔;李青松;盧坤;石巖;路闊
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種基于諧波分量的電容位移檢測非線性實時校準方法，其特征在于，所述方法包括：

獲取電容式位移檢測電路輸出的位移檢測信號，基于位移頻率參數得到所述位移檢測信號的諧波分量形式；

獲取所述位移檢測信號的一次諧波分量和高次諧波分量的幅值，根據所述幅值之間的函數關系得到對應的非線性校準系數；

使用所述非線性校準系數去除所述一次諧波分量中的非線性偏移項，得到對所述位移檢測信號的實時校準結果。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述位移檢測信號的實時校準結果為：

其中，ω為位移頻率參數，V_out|_sinωt為所述一次諧波分量經過sinωt解調后的電壓形式，V_out|_sin(2n+1)ωt為高次諧波分量經過sin(2n+1)ωt解調后的電壓形式，N為預設的自然數。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，N取值的確定方式包括：

分別獲取所述位移檢測信號中各高次諧波分量與一次諧波分量的幅值比；

根據所述幅值比大于預設數值的高次諧波分量的數量，得到N的取值。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述幅值比的預設數值為2‰。

5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，N取值的確定方式包括：

分別獲取所述位移檢測信號中各高次諧波分量的幅值；

根據所述幅值大于預設測量精確度值的高次諧波分量的數量，得到N的取值。

6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述電容式位移檢測電路基于差分電容實現；

所述電容式位移檢測電路輸出的位移檢測信號的有效信號為：

其中，x_o為所述電容式位移檢測電路的電容極板的位移函數的幅值，ω為位移頻率參數，為初始相位參數，C₀＝εA/d₀，ε為極板間介質的介電常數，A為電容極板的面積，d₀為電容間隙，V₀為電容極板上施加的載波電壓幅值，C_FB為反饋電容。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，對所述位移檢測信號的實時校準結果為：

其中，c_x為實時校準結果的同相分量，s_x為實時校準結果的正交分量，分別為所述一次諧波分量的同相分量和正交分量，

分別為對應的高次諧波的同相分量和正交分量。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，N＝1；

所述電容式位移檢測電路輸出的位移檢測的有效信號為：

其中，所述電容式位移檢測電路的增益

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述非線性校準系數為：

其中，分別為三次諧波的同相分量和正交分量。

10.一種基于諧波分量的電容位移檢測非線性實時校準方法裝置，其特征在于，所述裝置包括：

諧波分解模塊，用于獲取電容式位移檢測電路輸出的位移檢測信號，基于位移頻率參數得到所述位移檢測信號的諧波分量形式；

非線性校準系數計算模塊，用于獲取所述位移檢測信號的一次諧波分量和高次諧波分量的幅值，根據所述幅值之間的函數關系得到對應的非線性校準系數；

實時校準模塊，用于使用所述非線性校準系數去除所述一次諧波分量中的非線性偏移項，得到對所述位移檢測信號的實時校準結果。