光电反馈式静电悬浮技术-光学工程专业论文.docxVIP

浙江人学坝I．’学位论史状态方程。这是本文在理论方法上的创新。利用这些规律，结合光电检测及反 浙江人学坝I．’学位论史 状态方程。这是本文在理论方法上的创新。利用这些规律，结合光电检测及反 馈控制技术，确立和发展了光电反馈式静电悬浮技术。 在技术方法上，建立了光电反馈式静电悬浮的实验装置和设备。包括静电 悬浮的操作电极的优化设计、多路激光测距探头的研制、PID反馈控制系统的设 训制作以及离压放大系统的实现等。f通过实验对不同操作电极下作用于悬浮体 t的静电悬浮力进行了精确测定，实验结果与理论计算公式符合良好，据此获 得了操作电极的优化设计参数。利用激光三角法测距原理，研制完成三路激光 测距探头，可对悬浮目标的悬浮姿态进行实时监控。鉴于传统三角测距法的非 线性，我们提出和发展了一种新的校正方法——采用硬件电路将其线性化，从 而消除非线性带来的测量和控制误差。实验表明，在测量范围(即电极板与悬 1／ 浮体之间的间距)为土1．5 ITUTI内，测量精度优于7“m07另～方面，根据悬浮系 统的状态方程，利用Matlab软件的模拟方法，对PID控制系统的参数进行了优 化，据此建立了静电悬浮的高精度PID控制系统。此外，针对现有的直流高电 压运算放大器价格昂贵的现状，我们自行设计了能实现直流低压——高压转换 及跟随的高压脉动跟随模块，可将2V～6V的直流电压放大到300V～900V，响 应频率为100 Hz，较好地满足了悬浮系统的要求。f实验表明，整个光电反馈控 制系统的可将悬浮间距稳定控制在250 pm～400啦范围内的任一数值，控制精 度可达10 pm。 在实验和应用方面，利用自行研制的静电悬浮装置，对不同电学特性的悬 浮体进行了静电悬浮实验。成功地实现了铝片、硅Wafer片、CD片等代表性悬 浮体的静电悬浮，并基于光电反馈控制系统获得平稳的悬浮状态。因此，静电 悬浮方法可广泛应用于导体、半导体和常规绝缘体的悬浮，这是本文工作的预 期目杯，也是本课题的最主要的特色和创新之处。J i 一 一 塑望叁兰堡!：兰些堡兰 Abstract With the development of modem industry and technology,some conveying and manipulming operations in non-contact mode need the suspension technology in the fields of guiding system，material processing， micro—electronics and semi—conductor industry and SO on．Therefore，it is of great importance to develop the suspension technique．There have been some conventional suspension methods at present，among them，magnetic levitation， acoustic levitation，aerodynamic levitation，optical levitation，radio—frequency levitation，electric levitation and super-conducting levitation．Despite of their excellence，these methods should be further developed on several aspects． Magnetic levitation is unable to levitate non·magnetic material directly． Acoustic levitation，which needs the compelled vibrmion with hi．gh ffequency， might destroy the levitated object．Aerodynamic levitation might produce some high noise，and it is difficult to realize accurate levitation．Radio-frequency levitation is only capable of levitating metallic conductors．Optical levitation is strictly limited to levitate micro—scale object such勰a molecular．While elec