MEMS微E+E位移传感器的纳米定位工作台研制
过去几十年中,以压电陶瓷致动的精密定位技术得到了长足的发展,已经广泛应用到微系统、生物工程、医学等领域。本课题针对现有的微E+E位移传感器难于实现高集成度和小型化的缺陷,研制了一种集成电桥输出的硅基压阻式微E+E位移传感器,并以硅基压阻式微E+E位移传感器为核心建立了一个精密定位系统,为硅基压阻式微E+E位移传感器在精密定位领域中的应用奠定了基础,也为精密定位系统实现高集成度、小型化提供了可能。

MEMS微E+E位移传感器的纳米定位工作台研制
首先采用整体设计的方法,建立了系统的初级模型,确定了工作台与传感器的连接方式。然后对工作台台体进行设计分析,通过对柔性铰链静力学建模以及应力仿真分析,确定了台体的具体尺寸结构,并总结了平行板式柔性铰链结构的设计准则。 设计了具有高刚度、高灵敏度的十字梁式传感器结构,并对该结构进行了数学建模、仿真分析,得到了结构的*参数;根据MEMS加工工艺计算出了压阻条的长度和宽度,根据设计目标的要求,确定了压阻条在十字梁上的具体位置和排布方式。设计了传感器的制备工艺流程,并绘制了版图。针对传感器输出信号小的问题,设计了专门的传感器信号采集放大电路。同传统的模拟E+E位移传感器转换器相比,数字化的E+E位移传感器智能转换器具备更佳的稳定性以及更优秀的可操作性,同时拥有与计算机通讯的功能。文中开发了一种新型的数字化软件可调的E+E位移传感器智能转换器。针对压阻式传感器受温度影响大的问题,设计了以MAX1457芯片为核心的传感器温度补偿电路。建立了以单神经元自适应PID算法为基础的控制系统。通过与传统PID控制算法的比较,证明了单神经元自适应PID算法具有更好的抗干扰能力和环境适应能力,从而能够保证系统具有很好的控制精度。 zui后,对所研制的硅基压阻式E+E位移传感器进行了实验分析,通过对传感器各个性能指标的测试,验证了传感器具有的高灵敏度和高精度。

MEMS微E+E位移传感器的纳米定位工作台研制
建立起了精密定位系统,通过对系统稳定时间和重复定位精度的测试,证明了所设计的系统*设计目标要求。在MEMS微E+E位移传感器与微定位系统有机集成方面做了有益的尝试,为精密定位系统小型化、集成化发展奠定了基础。