基于频分复用的多路微电容检测技术.pdf

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1、第23卷第3期传感技术学报Vo1．23No．32010年3月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMar．2010FrequencyMultiplexing-BasedMulti-AxisCapacitivePositionDetectionforanElectr0staticallyLevitatedMicromotorFUZhenbin，HANFengtian，DUANGuangwu(DepartmentofPrecisionInstrumentandMecha

2、nology，TsinghmUniversi0，Beijing100084，China)Abstract：Tomaintainthering—shapedmicrorotorelectrostaticallysuspendedinthegeometriccenterofthecavityshapedbythestatorelectrodes，asetofdifferentialcapacitance—basedpositionsensorsisusedtosensetherotor’Smo．tio

3、ninfivedegreesoffreedom(DOFs)andutilizedtorealizeactiveelectrostaticsuspension．Basedonfrequencymultiplexingmethod，asetofmicro—capacitancedetectingcircuitsispresentedwithanaimtosensethemotionofthemotorinfiveDOFs．Byapplyinghigh—frequencysinusoidalcarrie

4、rtoassociatedcontrol／sensingelectrodes，anampli—tude-modulatedsignalwhichindicatestherotor’SpositionineachDOFisformedfromthecommonelectrodes．Theamplitude-modulatedsignalsarethenamplified，demodulatedandlow-passfheredsequentiallyinordertoobtainareadoutvo

5、ltageoftherotorposition．Thepaperdescribestheoperatingprinciple，thedesignandtheperformancee-valuationinbothsimulationandexperiment．Theexperimentalresultsshowthatthesensitivityis23．3V／pF，thebandwidthis10．58kHzandthezerostabilityislessthan0．1mV．Keywords：

6、capacitancedetection；frequencymultiplexing；detectingsensitivity；zerostability；electrostaticlevitationEEACC：2130：7230基于频分复用的多路微电容检测技术付真斌，韩丰田，段光武(清华大学精密仪器与机械学系，北京100084)摘要：为使静电悬浮微电机的环形转子稳定悬浮在定子电极腔体的几何中心，需要采用差动电容式传感器检测转子沿五个自由度的运动，然后通过静电悬浮控制系统实现有源静电支承。根据频

7、分复用原理，设计了一套可检测悬浮式转子五个自由度运动的微电容检测电路。采用多路高频正弦信号作为载波加载至与各自由度对应的控制／检测电极上，通过公共电极输出反映转子沿各自由度位移变化的调幅信号，然后经过交流放大、相敏解调、低通滤波后得到各自由度位移检测信号。文中介绍了微电容检测电路的组成及原理，分析了电路特性，给出了轴检测电路的测试结果。实验表明，检测电路的灵敏度为23．3V／pF，通频带为l0．58kHz，零位稳定性优于0．1mV。关键词：微电容检测；频分复用；检测灵敏度；零位稳定性；静电悬浮中图

8、分类号：TP274；TP212．121文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)03—0341—06静电悬浮式微电机除具有一般MEMS器件所动，通过检测定子电极和转子间的电容差动变化来具有的低成本、微型化、低功耗、高集成度与易于批得到位移信号。通常的MEMS器件中微电容检测量生产¨的优点外，与其它类型的微电机相比，还可直接使用动极板激励或输出检测信号_6J，而静具有能量密度高、无电磁场干扰、易采用MEMS工电悬浮电机的转子(动极板)悬浮在电极腔中无法艺集成等特点J。静电