基于数字同步检波原理的双极板电容位移监测传感技术

研究目的:深入分析传统电容传感器零点漂移与示值不稳定的影响因素及其作用机理,研究一种面向超精密定位应用的纳米分辨力电容位移监测传感技术,解决现有传感器零点漂移、示值不稳定、谐波失真大及线性差等问题。
基本原理:在采用AC桥法实现极板间位移信息调制、变送与解调的基础上,载波信号源端采用直接数字频率合成(DDS)技术,产生高幅值、频率稳定度的载波信号;信号解调端采用数字同步检波技术,克服传统模拟检波中测量信号与同步信号间的相位漂移。双端浮空式测头结构、内置式前级放大器、等位环设计及数字滤波算法有效抑制了杂散电容、边缘效应及随机噪声对传感器示值稳定性的影响;基于误差校正模型的传感特性非线性校正方法大大减小了传感器的非线性误差。

  

科学意义及应用价值:数字技术的引入抑制了模拟设计的温漂与老化,有效提高了仪器的稳定性,非线性校正方法扩大了其线性工作区间。传感器在大小量程上的分辨力分别为25nm与2.5nm,小量程示值稳定性达6nm/60min。