基于电容式传感测头的电容检测系统的设计

针对纳米尺寸测量领域的不同测量要求,尝试开发一种基于电容传感器的微触觉测头及其电容检测系统。阐述了测头的结构原理和电容传感器的工作原理,研制了基于电容传感器的微触觉测头。测头的测量原理表明:微小电容检测电路是整个电容检测系统的关键部分。该微小电容检测电路选用电容/数字转换器(CDC)AD7747芯片,分别编写了单片机与该芯片的I2C通信程序和单片机与上位机间的串行通信程序,实现了微小电容的采集和处理,简单进行了电容式传感测头的轴向性能的测试实验。实验表明:电容式微触觉测头的分辨率为0.02μm,重复性较好,证实了此电容式微触觉测头的可行性。     

基于微位移定位系统MEMS梳齿位移传感器的研究

MEMS硫齿位移传感器是一种基于MEMS技术电容理论的传感器,具有体积小、重量轻、性能稳定、功耗低和易于集成等特点.首先探讨了梳齿传感器的工作原理,随后介绍了使用梳齿传感器有效检测微动工作台位移的方法,并进行了结构失效和梳齿电极不平行失效的可靠性分析.通过采用这种传感器可以达到提高微位移定位平台系统的集成度、精度、分辨...     

中国微米纳米-----梳齿式加速度传感器敏感结构等效并联电阻对输出的影响分析

梳齿式加速度传感器敏感结构间感应电容的测量会受到结构间等效电路参数的影响。多层瓷片电容的结构与梳齿式加速度传感器敏感结构类似。本文类比多层瓷片电容中等效电路参数的研究,分析了梳齿式加速度传感器敏感结构间等效电路参数对感应电容测试结果产生的影响。     

低真空封装的新型变电容面积MEMS惯性传感器阶跃响应特性分析

一种新型变电容面积MEMS惯性传感器与传统的梳齿电容传感器相比,具有对梳齿电容不平行敏感度低,可加测试电压高等优点。通过对该传感器在低真空封装条件下的惯性阶跃响应特性分析,着重研究了不同梳齿电容倾斜角度对该传感器的阶跃惯性信号响应的影响,以及不同倾斜角度梳齿的位移响应和测试电压、空气真空度的关系,并把该结果和梳齿结构的情况进行比较。结果表明,工艺因素对变电容面积MEMS惯性传感器在低真空封装下的阶跃惯性响应影响很小;另外,该结构上可加的测试电压可以是梳齿电容结构上可加测试电压的近10倍,这有利于减小接口电路的噪声。以上分析论证了该新型传感器有利于降低器件的工艺要求和提高传感器的分辨率。     

低真空封装的新型变电容面积MEMS惯性传感器阶跃响应特性分析

一种新型变电容面积MEMS惯性传感器与传统的梳齿电容传感器相比,具有对梳齿电容不平行敏感度低,可加测试电压高等优点.通过对该传感器在低真空封装条件下的惯性阶跃响应特性分析,着重研究了不同梳齿电容倾斜角度对该传感器的阶跃惯性信号响应的影响,以及不同倾斜角度梳齿的位移响应和测试电压、空气真空度的关系,并把该结果和梳齿结构的情况进行比较.结果表明,工艺因素对变电容面积MEMS惯性传感器在低真空封装下的阶跃惯性响应影响很小;另外,该结构上可加的测试电压可以是梳齿电容结构上可加测试电压的近10倍,这有利于减小接口电路的噪声.以上分析论证了该新型传感器有利于降低器件的工艺要求和提高传感器的分辨率.     

基于机器视觉的圆柱直齿轮齿距偏差检测技术研究

针对渐开线圆柱直齿轮齿距偏差的自动测量问题,研究了一种基于机器视觉的影像测量方法;该方法利用影像测量系统摄取被测圆柱直齿轮端面图像,根据齿距偏差的定义设计了齿距偏差自动测量程序;该程序能自动采集待测齿轮图像,并通过图像预处理、拟合圆算法、构造分度圆、提取测量点等一系列处理,最终计算出每个齿距偏差,从而计算出齿轮的单个齿距偏差、齿距累积偏差和齿距累积总偏差;搭建了影像测量系统对该方法进行了实验验证,对实验结果进行了比较分析,分析结果表明齿距偏差测量的重复性精度优于6 μm,所述方法和系统能够实现齿距偏差的有效检测.     

梳齿的不平行对电容式微机械传感器阶跃信号响应的影响

分析了梳齿电容式传感器在三种电容驱动方式下,梳齿电容极板的不平行对传感器受到阶跃加速度信号作用时可靠工作条件的影响。得到了梳齿倾斜效应对传感器阶跃加速度响应影响的分析模型。结果表明梳齿电容在同样的电压驱动下,若电容极板的倾斜角变到0.5°时,对于单边电容结构、双边电容结构和有力反馈的双边电容结构,传感器能够承受的临界阶跃加速度分别变为电容极板完全平行时的0.34、0.44、0.52。并针对DRIE工艺刻蚀梳齿的原理,讨论了改进梳齿不平行的方法。     

一种高精度MEMS 梳齿驱动器有限元仿真方法及实验

为解决目前MEMS 梳齿电容驱动器由于边缘效应导致的理想计算模型计 算误差较大问题,利用有限单元法中的能量法,提出了一种对梳齿驱动器电容量进行精确仿 真计算的方法并以实际制作的微机械陀螺质量块上的90 对梳齿驱动器为对象,分别利用该 方法及常用的CMATRIX 仿真方法对其电容值进行了仿真计算。两种方法得到的电容量的计 算结果分别为1.5283pF 和1.5793pF。二者与利用高精度LCR 测试仪得到的结果1.5172pF 的相对误差分别为0.73%和4.09%。实验结果表明,该方法对考虑边缘效应的MEMS 梳齿 电容驱动器具有较高的计算精度。     

基于差动电容传感器的微动定位系统设计

设计并加工了一种结构简单、小巧的微动定位系统,该系统精度较高、扫描范围大且成本低廉.采用簧片结构设计系统的机械结构,使用压电陶瓷作为执行器件,使用差动电容传感器作为位移反馈,实现闭环控制,从而有效克服了压电陶瓷执行器件的迟滞和蠕变效应.介绍了微动定位系统的机械组成和差动电容传感器信号检测电路的工作原理,并对系统进行了测试和标定实验.实验结果显示:该平台能够实现15 μm的扫描,精度约为15 nm,且动态性能良好.     

基于DSP的数字PID控制在SPM中的应用

首先介绍了以DSP为核心搭建的扫描探针显微镜（SPM）的硬件基础,进而利用DSP代替模拟PID控制器的常规电子线路,并采用相应PID软件程序的控制,从而实现了针对于SPM系统的数字PID控制方案。该控制方案使得SPM在扫描过程中可以通过自定义算法来进行信号控制和调节,从而克服了以往模拟量PID控制系统灵活性差、不易维护和升级等缺陷。