汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展使得汽車行業(yè)對零部件的精度要求越來越高,汽車零部件的精度依賴于精密加工與測量技術(shù)。電容式微位移傳感器是一種非接觸式測量儀器,具有靈敏度高、非線性誤差小、結(jié)構(gòu)簡單等特點,非常適用于微小位移的檢測。本文在調(diào)研了電容位移傳感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀后,基于其工作原理,開展電容位移傳感器的研究設(shè)計,預(yù)期可以實現(xiàn)高精度的微小位移檢測。論文首先為了改善平行極板間的邊緣效應(yīng),保證極板間電場的均勻性,設(shè)計了具有開爾芬保護環(huán)結(jié)構(gòu)的電容傳感器;同時為了減小因電容傳感器極板厚度而引入的邊緣附加電容,本文采用在氧化鋁絕緣基板上印制薄導(dǎo)電膜電極技術(shù)設(shè)計制作傳感器。結(jié)果表明,具有開爾芬保護環(huán)的薄導(dǎo)電膜電極結(jié)構(gòu)的傳感器可以有效減小電場的邊緣效應(yīng)。其次,采用帶有貫穿孔的絕緣基板,并在貫穿孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料,使填充材料一端與導(dǎo)電膜相連,從而賦予導(dǎo)電膜具有標準的開爾芬保護環(huán)結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,標準開爾芬保護環(huán)結(jié)構(gòu)的電容傳感器靈敏度和線性度均有較大的改善。再次對微弱電容信號檢測電路進行設(shè)計并集成,設(shè)計了運算放大式微弱電容檢測電路,并對屏蔽電纜使用主動屏蔽技術(shù),然后對電容位移傳感器探頭和檢測電路進行系統(tǒng)封裝。結(jié)果表明,運... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

變介質(zhì)型電容傳感器結(jié)構(gòu)

傳感器的電容增量正比于被測液位高度 hx。圖 2.1（b）中 d 是被測介質(zhì)，一般為片狀材料，此時的電容量是兩個空氣介質(zhì)電容和被測材料介質(zhì)的串聯(lián)，即0 01rdC A A 也就是 0 r0ACd （2.12）當電極的正對面積 A、極板間距 d、空氣的介電常數(shù)0不變時，電容 C 與被測材料的厚度 δ 及材料的相對介電常數(shù)r有關(guān)。如果介電常數(shù)r保持不變，而介質(zhì)厚度 改變時，通過測量電容變化量檢測介質(zhì)厚度，如紙張、薄膜厚度等，這就是變介電常數(shù)的測厚儀的工作原理。（2）變面積型電容位移傳感器，常見結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示。變面積型電容傳感器一般靈敏度不高，但是量程大，常被用來檢測較大的線位移、角位移等。

（a） （b） （c）圖 2. 3 變極距型電容傳感器結(jié)構(gòu)Fig 2.3 Structure of Variable Electrode Distance Capacitive Sensor圖 2. 4 變極距型電容傳感器輸出特性

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于開關(guān)電容的電容傳感器接口電路設(shè)計與測試[J]. 邢文奇,胡紅利,羅政元.  工業(yè)儀表與自動化裝置. 2012(06)
[2]大位移電渦流傳感器測量電路的設(shè)計[J]. 高松巍,劉云鵬,楊理踐.  儀表技術(shù)與傳感器. 2009(12)
[3]差動電容小位移傳感器的研究[J]. 鮑丙豪,張玲.  儀表技術(shù)與傳感器. 2009(06)
[4]差動電容小位移傳感器檢測電路設(shè)計[J]. 張玲,鮑丙豪,龔勇鎮(zhèn),趙洪利.  傳感器與微系統(tǒng). 2009(03)
[5]超外差調(diào)頻接收技術(shù)在葉尖間隙測量中的應(yīng)用[J]. 龍成,段發(fā)階,歐陽濤.  傳感器與微系統(tǒng). 2009(03)
[6]電渦流傳感器的有限元仿真研究與分析[J]. 王春蘭,張鋼,董魯寧,汪希平.  傳感器與微系統(tǒng). 2006(02)
[7]電容傳感器微弱電容測量電路中CPLD的應(yīng)用[J]. 白國花,馬鐵華.  計量與測試技術(shù). 2005(02)
[8]CCD激光微位移測量頭在應(yīng)用中的問題及對策[J]. 石成英,姜勤波,王少龍,林輝.  激光雜志. 2004(03)
[9]一種差分式電容傳感器讀出電路及其前置放大器的設(shè)計[J]. 呂志軍,倪學(xué)文,莫邦燹,項斌.  微電子學(xué). 2003(03)
[10]兩相流檢測ECT高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制[J]. 王雷,王保良,冀海峰,黃志堯,李海青.  浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2002(05)

碩士論文
[1]極微小電容的檢測技術(shù)研究[D]. 馮佳.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2014
[2]基于位移測量的差動電容傳感器研究[D]. 海靜.東華大學(xué) 2014
[3]基于電容傳感器的薄膜厚度測量系統(tǒng)研究[D]. 程大鵬.桂林電子科技大學(xué) 2011
[4]精密位移、振動測量的電容法研究[D]. 朱義強.北京交通大學(xué) 2008
[5]電渦流傳感器的仿真與設(shè)計[D]. 廖雅琴.電子科技大學(xué) 2007
[6]虛擬式電容測厚系統(tǒng)的研制[D]. 曹英榮.華中科技大學(xué) 2006



本文編號：3337249