单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器.pdf

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1、第３８卷第３期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ３２０１７年３月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭａｒ．２０１７单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器１２３３４彭凯，于治成，刘小康，郑方燕，蒲红吉（１．重庆大学机械传动国家重点实验室重庆４０００４４；２．合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥２３０００９；３．重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆４０００５４；４．西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安７１００４９）摘要：在双排结构纳米时栅

2、位移传感器的研究基础上，提出了一种单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器。通过直接构造一个匀速运动的交变电场来产生行波信号，解决了双排结构所具有的串扰问题和安装问题；采用差动感应极片来拾取信号，可有效地消除共模干扰。用微纳加工工艺制作了一种多层薄膜的单排差动结构的纳米时栅传感器样机并进行了性能测试，最终在２００ｍｍ的量程范围内取得了±１５０ｎｍ的测量精度。对比双排结构的纳米时栅传感器，这种新型的纳米时栅传感器测量精度、信号稳定性及抗干扰能力得到明显的提高，并且在尺寸减小的同时拓展了有效量程，因此在

3、产品化的过程中更具有应用前景。关键词：纳米时栅；电容式位移传感器；单排结构；差动感应极片中图分类号：ＴＨ７文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０３０Ｎｏｖｅｌｎａｎｏｍｅｔｅｒｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｒｏｗｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ１２３３４ＰｅｎｇＫａｉ，ＹｕＺｈｉｃｈｅｎｇ，ＬｉｕＸｉａｏｋａｎｇ，ＺｈｅｎｇＦａｎｇｙａｎ，ＰｕＨｏｎｇｊｉ（１．ＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ

4、Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｈｅＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；３．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃ

5、ａｔｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５４，Ｃｈｉｎａ；４．ＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ′ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎａｎｏｍｅｔｅｒｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈｄｏｕｂｌｅｒｏｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｏｖｅｌｎａｎ

6、ｏｍｅｔｅｒｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｒｏｗｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｗｉｔｈｓｔａｂｌｅｍｏｔｉｏｎｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｔｏｇｅｎｅｒａｔｅａｔｒａｖｅｌｌｉｎｇｗａｖｅｓｉｇｎａｌｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｃｒｏｓｓｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｄｏｕｂｌｅｒｏｗｓｔｒｕｃ

7、ｔｕｒｅ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｉｎｄｕｃｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓａｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｐｉｃｋｕｐｔｈｅｓｉｇｎａｌｓ，ｗｈｉｃｈｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｃｏｍｍｏｎｍｏｄｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｍｉｃｒｏｎａｎｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｆａｂｒｉｃａｔｅａｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｒｏｗｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｔｈｉｎｆｉｌｍｓ，ａｎ

8、ｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｅｎｓｏｒｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｅｎｓｏｒａｃｈｉｅｖｅｓａｖａｌｕｅｏｆ±１５０ｎｍｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｗｉｔｈｉｎ２００ｍｍｍｅａｓｕｒｉｎｇｒａｎｇｅ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｄｏｕｂｌｅｒｏｗｎａｎｏｍｅｔｅｒｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｏｒ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ，ｓｉｇｎａｌｓｔ