在航空器的研制、試驗、生產過程中，運用到大量的直線位移傳感器，如飛機強度試驗中測量變形量的位移傳感器，飛機飛行地面試驗中監測飛機作動筒的位移傳感器，測量航空發動機推力的六力素天平校準裝置中采用的監測位移傳感器等。要保證這些傳感器的正常使用，須定期進行校準測試，但目前市場上還沒有成熟的位移傳感器校準設備。為此，我們研制了一臺高準確度、校準對象廣的位移傳感器校準裝置，它將滿足位移、速度測試設備傳感器的定期校準需求，使測試設備保持著良好的工作狀態，為科研生產提供可靠的技術保證。
1 工作原理及技術指標
位移傳感器校準裝置以 633 nm 穩頻 He － Ne 激光波長作為基準，采用干涉條紋計數原理，對被測傳感器進行直接測量。該裝置通過配置多套裝夾附件，可實現拉桿式、拉繩式等多種類型直線位移傳感器的手動、半自動和自動校準功能，包括位移傳感器的基本誤差、線性度誤差、重復性誤差、回程誤差、滿量程輸出和靈敏度等靜態特性指標的校準。主要技術指標: 測量范圍 0 ～ 1000 mm; 測量不確定度 U = ( 0. 5 + 2L) μm ( L 單位為 m，k = 2) ;分辨力 0. 1 μm; 測量速度 0. 3 m /s。
2 裝置的組成及設計
位移傳感器校準裝置由大理石基座導軌、工作臺粗進給系統、微位移驅動系統、激光干涉系統、電機驅動系統、專用軟件、傳感器安裝座和多套附件等組成，工作臺朝傳感器安裝座一側有一傳感器固定裝夾座，通過螺紋與傳感器連接。對于小量程傳感器則直接通過彈簧復位方式連接。
2. 1 驅動系統設計
要想實現高準確度位移傳感器的校準，不僅需要激光干涉儀能夠提供高準確的長度基準，同時需要可編程位移發生器實現高分辨力的定位。為此，從系統的驅動實現上，采用兩種驅動方式，即工作臺在伺服電機的驅動下實現粗進給、微動臺在壓電陶瓷驅動控制下實現微位移定位，二者可以二級聯動或者根據校準需要單獨定位，從而實現不同準確度級別的位移傳感器的校準。數據采集卡在工作臺運動過程中可按照要求不斷同步讀取干涉儀及被測傳感器讀數值，實現位移傳感器的自動校準。在粗進給方式的實現上，為滿足傳動平穩靈活、阻力小的要求，選用標準滾珠絲杠傳動和高準確度的直線運動導軌導向。微動臺采用柔性鉸鏈為運動機構的基本組成單元，由壓電陶瓷驅動器直接驅動，實現高分辨力的定位。本位移傳感器校準裝置設計的壓電陶瓷驅動器的有效行程范圍為 20 μm，分辨力為 1 μm。壓電陶瓷驅動器與計算機之間采用串口通訊實現微定位。
2. 2 位移傳感器裝夾機構設計
為保證傳感器安裝符合阿貝原則，考慮到位移傳感器種類的多樣性及傳感器安裝調整的方便性，傳感器安裝座設計成四維調整機構，四維調整機構具有上下、左右平移和偏擺、俯仰調整功能，可保證位移傳感器的伸縮軸線與測量基準在同一直線上。針對拉桿式位移傳感器，設計了 V 型裝夾附件; 針對拉繩位移傳感器，設計了壓板型裝夾附件。
2. 3 干涉測量系統設計
為提高系統穩定性，采用光纖將光源引入集成干涉單元，系統機械布局上只需考慮干涉單元和反射鏡的安裝，而激光頭和電路單元可獨立安裝定位，僅需單獨調整反射鏡即可實現原本復雜的干涉測量系統搭建。利用屏幕對李沙育圓的形狀進行監控，不斷地設置修改相位和幅值 ，以保證干涉信號細分精度。
3 應用軟件設計
軟件采用 VC + + 編程語言模塊化設計，利用DELTA TAU 公司提供的 Pcomm32Pro 動態鏈接庫進行軟件開發，實現位移發生裝置的可編程控制。軟件可以實現被校傳感器信息的錄入、校準控制參數的設置、校準過程數據的自動采集和校準信息的自動處理，最后生成校準原始記錄和校準證書。主要包括控制調整模塊、位移傳感器校準模塊、證書記錄查詢打印模塊、系統參數設置模塊、數據庫管理模塊、幫助模塊。
1) 控制調整模塊
控制調整模塊可以實現工作臺粗進給、精進給的調整功能，干涉儀數據的實時顯示功能及干涉信號的實時調整監控功能。
2) 位移傳感器校準模塊
位移傳感器校準模塊可以輸入證書信息和計量器具信息，設定運動平臺的采樣點、速度、采數方式依據采樣點設定信息和模式設置信息等，按照位移傳感器的校準規范要求，實現位移傳感器的手/自動校準; 對采集到的數據進行處理、分析和比較，得到一系列采樣點的測量誤差及其曲線，對直線位移傳感器的線性度做出評價。
3) 證書記錄查詢打印模塊
實現原始校準記錄的數據庫檢索，校準數據的編輯和原始記錄、校準證書的自動編輯打印功能。
4) 系統參數設置模塊
提供用戶密碼修改設置功能、記錄證書編號規則設計和記錄證書格式設計模板。
5) 數據庫管理模塊
對被校傳感器的檢測數據按照數據庫管理方式進行存儲，以利于用戶的查詢比較，同時提供數據庫的維護功能。
6) 幫助模塊提供軟件操作的詳細說明和在線幫助。
4 校準裝置的準確度試驗
為驗證系統的實用性，采用線性度為 0. 2% 的拉繩位移傳感器、線性度為 0. 5% 的拉桿式位移傳感器進行傳感器的校準測試，并與國家線紋工作基準裝置———激光干涉比長儀進行了相關數據的比對。數據表明，運用位移傳感器校準裝置檢測后的校準數據具有可信度，可以用于實際應用。
5 結論
位移傳感器校準裝置的研制成功，國內長期以來無位移傳感器專用測量儀器的空白，滿足了直線位移傳感器的校準需求。位移傳感器校準裝置可廣泛用于位移傳感器的實驗室校準和位移傳感器生產檢測需要，提升了我所在位移傳感器校準和檢測方面的能力。
