厚膜電容式微位移傳感器及其信號處理方法研究.pdf

1、為深入研究微納米環(huán)境中物體的受力與運動狀態(tài)，建立納米尺度下位移、力檢測的理論方法，實現(xiàn)微納米環(huán)境下的操作與位置感知，為PZT(壓電陶瓷)驅(qū)動的微納操作平臺的實時觀測創(chuàng)造條件，本論文提出與微納米環(huán)境下相適應(yīng)的微位移傳感器的設(shè)計、制備與測試方法，研制出能夠用于檢測納米級位移的新型高精度厚膜雙電容式微位移傳感器。
　　 針對PZT位移檢測的應(yīng)用場合，本文采用了變間隙式的電容傳感器結(jié)構(gòu)，結(jié)合厚膜絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)和集成化工藝技術(shù)，開展電容式

2、微位移傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備工藝研究。實驗表明，當電容極板間隙取20μm＜δ＜75μm時，參考電容和測量電容均為50pF左右，此時傳感器的線性度和靈敏度特性都能兼顧。設(shè)計了以電容轉(zhuǎn)電壓集成芯片CAV414為核心的測試電路，并通過插針與電容傳感器剛性連接，利于實現(xiàn)器件的小型化。
　　 對厚膜電容傳感器及處理電路進行了標定。實驗表明：采用環(huán)形補償電極結(jié)構(gòu)的厚膜電容傳感器具有穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，溫漂系數(shù)小等優(yōu)點；以CAV414為核

3、心的信號處理電路，通過將外接的普通電阻和電容元件更換為高精密電阻(0.1％)和NPO材料的電容，其輸出電壓的穩(wěn)定性和溫漂特性大有改善；經(jīng)電路處理后，厚膜電容傳感器的非線性特性大為提高，在量程為0-20kPa范圍內(nèi)標定厚膜電容傳感器發(fā)現(xiàn)，線性度為3％左右的電容傳感器經(jīng)過電路處理后，輸出電壓信號的線性度均降到1％以下。
　　 本文設(shè)計的厚膜電容式微位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，便于小型化、產(chǎn)品化等優(yōu)點，可為基于PZT的三維納米運動