[发明专利]一种微纳米精度测量位移传感器、系统及制备方法

权利要求书

1.一种微纳米精度测量位移传感器，其特征在于，包括具有反向增益的柔顺机构、位移测量电极和用于整体封装的传感器外壳；

所述柔顺机构采用一体化加工成型技术连接在所述传感器外壳上，所述柔顺机构的首端具有被测位移接触输入端，所述柔顺机构的末端具有输出端运动电极；

所述位移测量电极包括第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和第二电极分别设置在所述运动电极的左端的上下方，所述第三电极和第四电极分别设置在所述运动电极的右端的上下方，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极均固定连接与所述传感器外壳上，所述运动电极与所述第一、第二电极和所述第三、第四电极共同构成两组差动式位移测量电路，通过外接读取处理电路，实现微纳米位移测量。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述运动电极为金属薄片。

3.一种微纳米精度测量系统，其特征在于，包括信号处理模块、显示器和如权利要求1或2任一项所述的传感器；

所述第一电极、第二电极、第三电极、第四电极和运动电极通过导线与所述信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端与所述显示器的输入端连接，所述信号处理模块用于接收两组差动式电容电压信号，通过分析处理将该信号转变为输入端位移大小，并将位移大小传输到所述显示器进行显示。

4.如权利要求3所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括服务器，所述服务器上具有控制系统接口，所述信号处理模块的输出端与所述控制系统接口连接，可以通过所述服务器对所述位移大小进行控制，实现人机交互功能。

5.一种用于制备如权利要求1至权利要求2任一项所述传感器的方法，其特征在于，包括：

优化几何模型的准备，采用矩形板划分单元网格，对划分后的网格采用SIMP方法建立模型；

对建立后的模型进行优化迭代，得到具有最大化反向增益的柔顺机构；

采用一体化加工成型技术将所述柔顺机构固定连接在传感器外壳上；

在所述传感器外壳上设置四个位移测量电极，所述四个位移测量电极分别设置于柔顺机构运动电极的左端上下方和右端上下方。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述建立的模型为：

find(x₁,x₂,...,x_n)

min u_out/u_in

s.t.V/V₀＝f

式中：x_n(n＝1,2,…,n)为设计区域的单元密度，u_out为柔顺机构输出端位移，u_in为柔顺机构输入端位移，v为设计区域当前体积，v₀为设计区域初始体积，f为允许保留的材料体积分数。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述进行优化迭代运用了优化准则算法进行优化迭代。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述矩形板的长和宽根据应用场合与所测量位移模型大小进行变化。