
电噪声对纳米位移台分辨率的影响
电噪声对纳米位移台的分辨率影响非常明显,它会直接作用在驱动器和反馈传感器上,使位移台无法稳定地保持在理论最小步长上。可以从几个方面理解:
一、对驱动器的影响
纳米位移台常用压电陶瓷作为驱动元件,它的位移与电压成正比。如果驱动电源中存在电噪声,哪怕是毫伏级的波动,也会转化为纳米级甚至亚纳米级的位移抖动,导致台面无法静止在目标位置,分辨率被限制。
二、对传感器的影响
闭环控制系统依赖电容尺、光栅尺或干涉仪等高精度传感器。如果传感器信号中夹带噪声,反馈信息就会出现抖动,控制器会不断修正,结果表现为位移的微小抖动或不稳定,实际分辨率降低。
三、对控制系统的影响
控制器本身的电子元件也会产生噪声,比如运算放大器的热噪声、模数转换器的量化噪声等。如果控制系统信噪比较低,就无法识别亚纳米级的有效位移变化,从而限制分辨率。
四、表现形式
在实验中,电噪声的影响常表现为:
位移曲线出现抖动,无法稳定在某一点
重复定位不一致
扫描图像出现条纹或模糊
标称的亚纳米分辨率无法实际达到
五、减缓方法
使用低噪声电源和屏蔽电缆,保证驱动信号稳定
为控制器和传感器做好电磁屏蔽和接地,避免环境电磁干扰
在控制系统中增加滤波措施,减少高频噪声的影响
将高精度实验放在低电磁干扰的环境中,远离大功率电机、开关电源等噪声源。