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MEMS微E+E位移傳感器的納米定位工作臺研制
過去幾十年中,以壓電陶瓷致動的精密定位技術(shù)得到了長足的發(fā)展,已經(jīng)廣泛應(yīng)用到微系統(tǒng)、生物工程、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。本課題針對現(xiàn)有的微E+E位移傳感器難于實現(xiàn)高集成度和小型化的缺陷,研制了一種集成電橋輸出的硅基壓阻式微E+E位移傳感器,并以硅基壓阻式微E+E位移傳感器為核心建立了一個精密定位系統(tǒng),為硅基壓阻式微E+E位移傳感器在精密定位領(lǐng)域中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),也為精密定位系統(tǒng)實現(xiàn)高集成度、小型化提供了可能。

MEMS微E+E位移傳感器的納米定位工作臺研制
首先采用整體設(shè)計的方法,建立了系統(tǒng)的初級模型,確定了工作臺與傳感器的連接方式。然后對工作臺臺體進(jìn)行設(shè)計分析,通過對柔性鉸鏈靜力學(xué)建模以及應(yīng)力仿真分析,確定了臺體的具體尺寸結(jié)構(gòu),并總結(jié)了平行板式柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則。 設(shè)計了具有高剛度、高靈敏度的十字梁式傳感器結(jié)構(gòu),并對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模、仿真分析,得到了結(jié)構(gòu)的*參數(shù);根據(jù)MEMS加工工藝計算出了壓阻條的長度和寬度,根據(jù)設(shè)計目標(biāo)的要求,確定了壓阻條在十字梁上的具體位置和排布方式。設(shè)計了傳感器的制備工藝流程,并繪制了版圖。針對傳感器輸出信號小的問題,設(shè)計了專門的傳感器信號采集放大電路。同傳統(tǒng)的模擬E+E位移傳感器轉(zhuǎn)換器相比,數(shù)字化的E+E位移傳感器智能轉(zhuǎn)換器具備更佳的穩(wěn)定性以及更優(yōu)秀的可操作性,同時擁有與計算機(jī)通訊的功能。文中開發(fā)了一種新型的數(shù)字化軟件可調(diào)的E+E位移傳感器智能轉(zhuǎn)換器。針對壓阻式傳感器受溫度影響大的問題,設(shè)計了以MAX1457芯片為核心的傳感器溫度補(bǔ)償電路。建立了以單神經(jīng)元自適應(yīng)PID算法為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。通過與傳統(tǒng)PID控制算法的比較,證明了單神經(jīng)元自適應(yīng)PID算法具有更好的抗干擾能力和環(huán)境適應(yīng)能力,從而能夠保證系統(tǒng)具有很好的控制精度。 zui后,對所研制的硅基壓阻式E+E位移傳感器進(jìn)行了實驗分析,通過對傳感器各個性能指標(biāo)的測試,驗證了傳感器具有的高靈敏度和高精度。

MEMS微E+E位移傳感器的納米定位工作臺研制
建立起了精密定位系統(tǒng),通過對系統(tǒng)穩(wěn)定時間和重復(fù)定位精度的測試,證明了所設(shè)計的系統(tǒng)*設(shè)計目標(biāo)要求。在MEMS微E+E位移傳感器與微定位系統(tǒng)有機(jī)集成方面做了有益的嘗試,為精密定位系統(tǒng)小型化、集成化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。