[发明专利]一种基于MEMS压力传感器的亚微米精度气动微距仪

说明书

技术领域

本发明涉及气动测量技术领域，尤其涉及一种基于MEMS压力传感器测量气压并结合气腔装置的压力控制实现多通道亚微米精度测量的微距仪及应用该微距仪的系统。

背景技术

MEMS压力传感器是一种基于微机电技术的微小测量压力的传感器。与传统的压力传感器相比，具有重量轻、体积小、价格低廉、线性度好、量程大的优点，其在温度稳定性、精度和功耗方面表现突出，因此MEMS压力传感器在气动测量领域具有广阔的应用前景。

气动测量具有环境适应性强、测量方法灵活、使用方便、可非接触测量、具备自清洁等特点, 在机加工行业得到了广泛的应用。

但目前该类量仪的读数方式多为浮标、液柱、指针式等, 均靠人工读数, 读数误差较大, 且易造成误读。更重要的是, 气动量仪高精度线性范围较小,体积庞大，不适于小空间、大量程的非接触测量。

传统的气动测量仪采用机械指示和手动调校完成，其工作原理要求必须气腔装置外置手动调节标定，因此使用前必须进行现场调节和标定，而且无法完成与其他设备实时通讯，还存在维护费用高、调校困难等缺点。

近年来，MEMS技术逐渐成熟，使MEMS压力传感器进行气动测量成为可能。目前，已知一般的气动测量使用传统膜片式压力传感器，由于传统膜片式压力传感器功耗大、成本高，难以小型化，且体积大不方便携带。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供一种基于MEMS压力传感器的多通道亚微米精度气动微距仪，以及应用该气动微距仪的系统。

本发明的技术方案为：

一种基于MEMS压力传感器的亚微米精度气动微距仪，包括壳体，其特征在于：所述壳体内设置有气腔单元、气压采集单元、信号处理单元、显示单元和发送单元,所述气腔单元前端设置有进气孔，后端设置有出气孔、分压出气孔和漏气孔，所述各孔分别通过气路与气压采集单元相连，所述气压采集单元包括一组MEMS压力传感器，所述MEMS压力传感器通过采集进气孔、出气孔和分压出气孔的气压，信号处理单元根据进气孔的气压值出气孔和分压出气孔的压差计算出待测距离数值，并通过显示单元和发送单元显示和输出测量数据和计算结果。

进一步的选择包括：所述信号处理单元包括中央处理器和外围电路，通过与MEMS压力传感器通讯控制并接收、转化采集的各气压数据，并依照设定的数学模型进行运算。

进一步的选择包括：所述信号处理单元通过与显示单元和发送单元通讯，进行运算结果的显示和输出。

进一步的选择包括：所述显示单元包括显示屏及周边电路，用于将压力和测量数据的显示。

进一步的选择包括：所述发送单元包括编码和通讯电路，用于将测量数据及测量运算结果的输出，以及与外部设备交互数据。

进一步的选择包括：所述气腔单元、气压采集单元、信号处理单元、显示单元和发送单元分别封装在壳体内。

进一步的选择包括：所述气腔单元为分离式的分压腔体，分压腔体内进气压力随出气孔、分压出气孔和漏气孔的分布位置的不同以及孔径的差异自行分配压力。

进一步的选择包括：所述漏气孔为非平衡漏气结构,并与大气直通。

本发明的技术效果在于：

本发明通过采用气腔单元将进气压力控制并分配，气压采集单元将采集进气压力所分配的腔体内的气压和反馈气压，气压采集单元并转换为电信号发送给信号处理单元将此电信号处理计算为压力值和测量距离值并送往显示单元进行显示，信号处理单元同时发送给发送单元进行和外部设备进行交互数据。

本发明无需现场标定和调校即可实现非接触、高精度，低功耗的气动测量微小距离应用。适用于对恶劣工作环境、安装尺寸、实时测量及测量精度有较高要求的应用场景。

本发明的微距仪基于MEMS压力传感器、气腔装置、信号处理装置，具有体积小、成本低、高速、无需校准和测量精度高等优点。

附图说明

图1是本发明的装置应用系统图。

图2是本发明的实体构造图。

图3是本发明的分压腔构造图。

图中，S1.气腔装置，S2.气压采集单元，S3.信号处理单元，S4.显示单元，S5.发送单元，S气动微距仪装置，P.供气气源，C.气动测头，O.被测物体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

在图1中，将系统接入供气压力P，连接检测探头C，对物体O进行测量，物体O与探头C间距为d，则通过S可测量出间距d。