[发明专利]一种基于纳米电容传感器的无线测量系统及测量方法

说明书

本发明提供了一种基于纳米电容传感器的无线测量系统及测量方法，所述基于纳米电容传感器的无线测量系统包括纳米电容传感器、信号放大模块、模数转换器、控制器模块、无线接收模块和上位机，所述控制器模块中包括无线射频模块，所述纳米电容传感器连接所述信号放大模块的输入端，所述信号放大模块的输出端连接所述模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接所述控制器模块的输入端，所述无线接收模块用于接收所述无线射频模块发射的射频信号，所述无线接收模块连接所述上位机。本发明将数据采集端采集的数据通过无线传输的方式发送给显示端，可以适应各种复杂、恶劣的环境，使测量系统的应用范围更广，尤其对于要求高精度，高带宽，低延时的工业应用领域。

技术领域

本发明涉及测绘领域，具体涉及一种基于纳米电容传感器的无线测量系统及测量方法。

背景技术

由于显微镜、光刻技术、芯片加工检测、精密机床设备、计量仪器、航空航天和生物医疗等应用中对精密运动定位的需求不断增长，并要求控制其在100nm或更小的尺寸上。而定位技术的准确与否则依赖于传感器，靠精确的位置传感器来进行反馈控制。

电容位移传感器常用于高精度的位移测量领域，作为一种常用的微位移测量工具，凭借结构简单、高分辨率、高带宽、高灵敏度、信噪比大、稳定性好、抗电磁干扰能力强等特点在精密测量与自动控制领域广泛推广与应用。与其他类型的精密位置传感器相比，电容式位置传感器具有以下主要优势。

•纳米电容传感器可在短范围内（通常从10um到2mm）提供高达皮米（pm）级别的高分辨率。

•电容式传感器是完全非接触式的，无零件变形或者探头磨损，被测目标可为导体或绝缘体。

•纳米电容传感器提供高测量带宽高达10 KHz，20 KHz乃至100 KHz。

然而，现有的基于纳米电容传感器的测量系统仍存在以下技术问题：纳米电容传感器的电信号要经过传输电缆线发送到信号处理电路，而传输线往往是噪声和干扰的一个重要来源，对电容是传感器来讲，电容很小，信号比较弱，那么传输线的干扰会对信号产生很大的影响。尤其是当纳米电容传感器用在工业设备上时，电缆在拖链里移动，会严重影响纳米电容传感器的稳定性。且由于电缆过长会严重影响信噪比，导致纳米电容传感器的电缆长度不能过长，一般在2-3米左右，使目前的基于纳米电容传感器的测量系统在工业应用中存在较大的限制。

另一方面，在现代化的常规检测中，往往需要在工业现场收集的传感器数据，然后发送到数据处理中心或主机进行分析和处理。目前传统的做法是通过传感器和计算机之间的电缆传输有效数据。然而对于复杂的工业现场来说，布线不便是一个很大的问题，而且，线缆本身也有短路、断线的隐患，且线缆有成本高、容易老化等缺点，错综复杂的线路也使得系统在调试和维修更加困难。

此外，在许多场合，如高腐蚀环境，或附着在运动的物体上，是不可能进行线缆连接。在诸如此类的场合下，采用有线测量的方式会给测量带来诸多麻烦，甚至导致测量无法进行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种基于纳米电容传感器的无线测量系统及测量方法，传感器分辨率可达0.1nmHz^-1/2，实现对输入信号的高带宽（10kHz）采样和低延时（200us）传输，将数据采集端采集的数据通过无线传输的方式发送给显示端，可以适应各种复杂、恶劣的环境，使测量系统的应用范围更广。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于纳米电容传感器的无线测量系统，包括：纳米电容传感器、信号放大模块、模数转换器、控制器模块、无线接收模块和上位机，所述控制器模块中包括无线射频模块，所述纳米电容传感器连接所述信号放大模块的输入端，所述信号放大模块的输出端连接所述模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接所述控制器模块的输入端，所述无线接收模块用于接收所述无线射频模块发射的射频信号，所述无线接收模块连接所述上位机。