用于微位移測量的石英晶體電容傳感器.pdf

1、微位移測距廣泛應用于多個領域，如精密測量，精密定位，微細加工，微電子制造等。用于微位移測量的傳感器包括電感式，光學式，電容式等，均有各自的優(yōu)缺點。其中，電容微位移傳感器因其低成本，高分辨率，結(jié)構簡單等特點被廣泛應用。本文提出一種用于微位移測量的新型石英晶體電容傳感器，圍繞這種新型傳感器，開展了一系列理論研究和實驗分析，其主要內(nèi)容包括：
　　(1)在分析討論石英晶體諧振器和平面電容的工作原理和特點的基礎上，設計了一種采用石英晶體電容

2、傳感器測量微位移的檢測方案。這種傳感器是由平面電容與石英晶體諧振器串聯(lián)構成，平面電容因被測物的位移改變而產(chǎn)生電容值變化，從而影響石英晶體諧振器的諧振頻率。該傳感器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、體積小，測試方便、成本低、且容易實現(xiàn)數(shù)字化信號輸出的優(yōu)點。
　　(2)采用有限元分析法構建石英晶體諧振器模型，通過仿真分析石英晶體諧振器的諧振響應，初步分析了電極厚度對石英晶體諧振器諧振頻率的影響。
　　(3)分析了石英晶體電容傳感器的等效電

3、路，導出了該傳感器的串聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率，并通過分析討論得到被測物的微位移與外部串聯(lián)電容以及石英晶體電容傳感器的串聯(lián)諧振頻率的關系。
　　(4)通過石英晶體電容傳感器測量微位移的一系列實驗，驗證了這種新型石英晶體電容傳感器測量微位移的可行性。被測物為銅、鋁等金屬時，傳感器的串聯(lián)諧振頻率對微位移的響應曲線呈現(xiàn)分段線性，在區(qū)間20μm-1000μm內(nèi)，傳感器的串聯(lián)諧振頻率隨位移的減小而變小，超過1000μm之后，串聯(lián)諧振頻率變化