调幅式电容位移传感器开关检波电路设计

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1、2015年第34卷第5期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)85DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)05-0085-03调幅式电容位移传感器开关检波电路设计冯佳，李佩明，徐立松，尹志生，隋永新(1．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室。吉林长春1300332．中国科学院大学，北京100039)摘要：针对调幅式电容位移传感器乘法器检波存在的速度慢、功耗大和热噪声大问题，设计了一种基于模拟开关的全波检波电路。首先，对开关全波检波和开关半波检波原理进行分析，根据分析结果选择了全波检波

2、方法。在此基础上，完成开关全波检波电路设计与测量系统其它部分设计。最后，利用八位半数字表3458A对检波电路与测量系统性能指标进行测试。测试结果表明：检波电路可以实现0．1mV的分辨率，测量系统在150~650m范围内分辨率达30nm，系统示值稳定性0．1mV／30min，电容测量系统最大测量偏差为20nm。该测量系统满足电容测微系统稳定性好、准确性高的要求。关键词：电容位移传感器；调幅；交流激励；检波电路中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)05-0085-03DesignofswitchdetectingcircuitforAMca

3、pacitivedisplacementsensorFENGJia，，LIPei．yue，XULi—song，YINZhi—sheng，SUIYong-xin(1．StateKeyLaboratoryofAppliedOptics，ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China；2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100039，China)Abstract：Aimingatpr

4、oblemofamplitudemodulation(AM)capacitivedisplacementsensormuhiplierlowdetectingspeed，largepowerconsumptionandbigthermalnoise，afull—wavedetectingcircuitbasedonanalogswitchisdesigned．Firstly，analyzeprincipleofswitchfull—wavedetectionandswitchhalf-wavedetecting，accordingtoanalysisresult，full-wa

5、vedetectingmethodischosen．Onthisbasis，designofswitchfull—wavedetectingcircuitandotherpartsofmeasuringsystemarecompleted．Finally，byusingeightandahalfbitdigitalmultimeter3458A，performanceindexofdetectingcircuitandmeasurementsystemaretested．Testresultsshowthatdetectingcircuitcanrealizeresolutio

6、nof01mV，resolutionofsystemintherangeof150—650p,mis30nm，themaximumdeviationofmeasurementsystemis20nm，stabilityofshowingvalueis0．1mY／30min．Themeasuringsystemmeetsrequirementsofgoodstabilityandhighaccuracyforcapacitancemeasurementmicrosystem．Keywords：capacitivedisplacementsensor；AM；ACexcitation

7、；detectingcircuit0引言容测量电路，调幅式电容测量方法中交流激励式和运放式随着超精密制造与精密仪器和现代工业生产的发展，比较常用，交流激励式具有抑制杂散电容能力强、动态性能对位移测量的精度要求已经达到nm级别。目前可以进行好、信噪比高和测量精度高等优点而应用广泛。交流激励nm级测量的传感器家族分为三大类：电感传感器、光干涉式测量电路包括信号发生器、前级电路、调理电路、检波电传感器和电容传感器。电容传感器具有功耗低、精度高、动路和低通滤波器，信号发生器产生正弦波作为前级激励，前