球型极板电容位移传感器的设计与研究

设计了一种球型极板结构型式的电容式位移传感器。球型极板结构探头既能从原理上消除边缘效应带来的影响,又有效解决了传统平行板电容传感器的对中问题。以AD7747为核心的电容检测电路,集成度高,稳定性好,能够有效实现电容测量的数字化。对所设计传感器进行静态标定实验,通过最小二乘法多项式拟合方法对电容值与位移间的非线性关系进行拟合处理。结果表明:有效直径为1.25 mm的球型极板电容位移传感器,在20 min、0.5~100μm测量范围内稳定性能够达到0.002 pF,最大重复性误差为0.219%,在10μm测量范围内,分辨力能够达到20 nm。     

硅谐振式压力传感器敏感结构设计与仿真

根据双端固支梁的谐振频率求解,以及方形膜片在压力下形变和应力的理论分析,设计了一个基于梁-膜结构硅谐振式压力传感器敏感结构的模型。对该模型进行ANSYS仿真,得到它在1个大气压下的总形变和应力分布,以及前六阶的振动模态。比较方形膜片和长方形膜片下敏感结构的仿真结果,得出相同面积下长方形膜片的灵敏度更高,检测时非线性误差更小。通过对不同厚度硅梁与硅膜下敏感结构的仿真,最终设定硅膜与硅梁的厚度分别为50μm和10μm。该传感器主要用于航空仪器仪表中对大气压的高精度检测。     

EPC系统中气动传感器的非线性补偿

本文就带材输送设备中EPC系统的气动传感器问题作了非线性补偿的理论探讨,认为这种传感器的非线性可通过大挠度膜片来补偿,并提出了补偿公式.实验证明,非接触气动传感器经大挠度膜片补偿后,可获较满意效果.     

极板不平行对力反馈微加速度传感器可靠工作范围的影响

根据梳齿式电容加速度传感器极板不平行对传感器静电力和阻尼力的影响,建立有阻尼力反馈微加速度传感器的等效电学模型.通过电学模拟,分析不同阻尼情况下由工艺原因引起的电容极板不平行对传感器可靠工作范围的影响.结果表明,当传感器受阶跃信号的冲击时,可靠工作范围随极板倾斜程度的增大而减小,并且模拟结果还表明, 在欠阻尼情况下传感器的可靠工作范围比临界阻尼或过阻尼情况下要小.     

采用环形岛棱结构的电容式压力传感器

改变传感器可动极板的结构是解决MEMS电容式压力传感器信号输出与压力输入呈非线性关系问题的方法之一。设计了一种新型结构电容式压力传感器,其可动极板是LPCVD氮化硅构成的一个方形薄膜,薄膜中心到边缘之间由PECVD氧化硅构筑一个环形岛棱,使可动极板在压力负载下的变形趋于平整,减小了边缘杂散电容带来的非线性,从而改善了该传感器的输出特性。利用有限元方法分析了不同尺寸的动极板在不同外加压力作用下压力与形变的关系,以及相应的应力分布情况,并采用最小二乘拟合直线法计算了压力传感器的线性度。分析结果表明,与常规的双极板微型电容式压力传感器相比,新型结构压力传感器的线性度改善了48.38%,达到了1.6％。     

电容式差压变送器极板形状的非线性分析

本文对各种形状极板引起的非线性误差进行了理论分析和对比,推导了各种形状的定极板和动极板组成的电容检测元件的工作特性方程、灵敏度和非线性误差计算公式,给出了定极板与动极板直径之比值和非线性误差的关系曲线,并提出了合理的推荐数值,可供有关设计人员参考。     

基于ANSYS的多极板电容传感器仿真研究

建立了多极板电容传感器的三维有限元仿真数学模型，运用ANSYS软件对不同结构的传感器进行了三维仿真计算，比较分析了无屏蔽电极、UMIST型和METC型三种结构的电容传感器中检测极板间的电位分布，研究了屏蔽电极长度METC型电容传感器检测极板间电位分布的影响。计算了极板内置式和外置式电容传感器的满管、空管电容及其变化量。仿真研究结果为多极板电容传感器的结构设计提供了理论依据。     

一种小量程风速风向传感器的设计

设计了一种基于微机械加工技术的风速风向传感器,传感器由四个相互正交的电容器构成,每个电容器包括可动极板和固定极板,此结构将风速和风向信息转换为可动极板的位移,通过测量四个电容器的电容来检测风速和风向。基于流体力学原理对传感器进行了分析,理论计算了传感器的输出电容和风速风向之间的变化关系,为传感器设计了一套基于MEMS的加工工艺流程。     

EPC系统中气动传感器的非线性补偿

本文就带材输送设备中ＥＰＣ系统的气动传感器问题作了非线性补偿的理论探讨，认为这种传感器的非线性可通过大挠度膜片来补偿，并提出了补偿公式。实验证明，非接触气动传感器经大挠度膜片补偿后，可获较满意效果。     

应用在拼接镜面中的电容位移传感器的结构性误差分析及校正

分析了子镜运动和电容传感器极板运动之间的理论关系并探讨了电容位移传感器读数的"结构性"误差的处理方法。基于电容位移传感器的工作原理,对极板为圆形的电容位移传感器提出了采用以位移的测量值和子镜转角为自变量的多项式拟合的校正方法。计算表明该误差处理和校正方法是简洁可行的。对于转角的拟合只需2阶,同时位移测量值只需4阶的多项式进行拟合即可使输出位移达到3 nm的精度。进一步分析表明,直接使用位移传感器读数计算极板转角,并对误差的主动校正控制非常有利于该多项式拟合,可一次性达到优于5 nm的校正误差,完全满足拼接镜面主动光学工程应用的技术要求。