高精度電容式微位移感測器研製

《高精度電容式微位移感測器研製》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由吳鵬飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高精度電容式微位移感測器研製
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳鵬飛
• 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院

項目摘要

電容式微位移感測器是將被測的微小位移量轉換成電容量變化的一種感測器，是重力儀、加速度計等地球物理儀器的一項關鍵技術和瓶頸技術。在重力儀中套用電容感測器檢測零長金屬彈簧的微小位移，測量地球重力加速度的變化。本項目採用三片差動式電容，運算放大檢測電路，能夠大大降低感測器輸出的非線性，提高靈敏度，同時還能有效補償溫度變化所造成的誤差。套用微晶玻璃材料加工電容片溫度係數非常小，幾乎不受溫度變化影響，減小了感測器的零點漂移。黃金鍍膜增加電容片表面導電性。程控振盪電路產生高穩幅的正弦信號大幅降低初始輸出電容信號噪聲。使用鎖相放大器壓縮噪聲頻寬，提高信噪比。套用驅動電纜技術有效禁止外接電纜並聯電容的影響。實現1mm的量程、小於0.1%的輸出非線性、1個納米的測量精度，對提高重力儀、加速度計等儀器的測量精度有重要意義。

結題摘要

高精度電容式微位移感測器用於檢測微小的位移變化，是重力儀等地球物理儀器研究的一項關鍵技術，重力儀探頭套用電容感測器檢測零長金屬彈簧的微小位移，測量地球重力加速度的變化。本項目以海洋重力儀為套用背景，對電容感測器所涉及的相關材料加工工藝，精密機械安裝，微弱信號提取等技術進行了研究。在結構上採用三片差動式電容，電容片使用微晶玻璃材料加工與表面黃金鍍膜工藝，較好的解決了在附著力非常小的光學材料表面進行黃金鍍膜的工藝難題，試驗表明這種工藝製作的電容片溫度係數非常小，幾乎不受工作環境溫度變化影響，減小了感測器的零點漂移。探索總結出了一套電容片精密安裝方法，開發了基於DDS技術的正弦振盪信號源，可以方便的設定信號頻率、相位及幅度等參數，大幅降低初始輸出電容信號噪聲。設計了性能優異的鎖相放大器，精確提取微弱信號，有效壓縮噪聲頻寬，提升信噪比。本項研究已被套用於測地所在研的海洋重力儀上，經整合測試，可以滿足相關技術要求。