[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

说明书

本发明公开了一种微纳米精度测量位移传感器，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；柔顺机构采用一体化加工成型技术连接在传感器外壳上，柔顺机构的首端具有被测位移接触输入端，柔顺机构的末端具有输出端运动电极；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，第一电极和第二电极分别设置在运动电极的左端的上下方，第三电极和第四电极分别设置在运动电极的右端的上下方，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极均固定连接与传感器外壳上，运动电极与第一、第二电极和第三、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。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种微纳米精度测量位移传感器。

背景技术

位移传感器根据测量原理的不同，可分为多种类型，其中，电容式位移传感器被广泛应用于机构的位移测量中；传统电容传感器通过调整电极的安装布置方式，可以实现位移的精确测量；但是对于微纳米位移的测量来说，传统的电容传感器由于精度误差较大无法测量微纳米级别的位移量，所以，要实现微纳米位移的精确测量，不仅对电容电极的安装有极大的要求，而且对于电路设计也有着极大的挑战。

发明内容

本发明提供了一种微纳米精度测量位移传感器、系统及制备方法，以解决传统传感器无法对微纳米位移进行精确测量的技术问题，从而实现对微纳米级别的位移进行精确测量。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种微纳米精度测量位移传感器，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。

作为优选方案，所述运动电极为金属薄片。

相应地，本发明实施例还提供了一种微纳米精度测量系统，包括信号处理模块、显示器和本发明所述的传感器；

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。

作为优选方案，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。

相应地，本发明实施例还提供了一种用于制备本发明所述传感器的方法，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。

作为优选方案，所述建立的模型为：

find(x₁,x₂,...,x_n)