微机械测量子系统

    1　引言

    目前,有一种位移、压力测量子系统,它是基于具有共振磁场的传感电容器变换机构。首先,该子系统可以把扭转运动的位移量转变成传感电容器的电荷量,然后利用电荷放大器把它转变为电信号。开放式和精密的回路测量是这种传感器变换机构的特征。然而,在许多情况下,这种系统的灵敏度相对较低,量程范围较窄。而且,结构复杂,费用高。

    另外还有一组压力传感子系统,它是通过改变电容器的电容量,把剪切力和普通力转换成震动片在垂直方向上的位移量。基于这种思想设计的传感器,其电子线路可以被集成,使之变得“灵巧”。但这种传感器必须使用集成电路生产工艺和微型散装匹配技术。而且,为了输出结果信号,不得不补充一些相对复杂的处理结构。在压力为(0~1Kg)范围内,对充放电能力为2pF的电容器来说,能够引起大约0·13pF的电容变化量,分辨力是2mm。所以使用这种类型的传感器去测量和测试微位移是不可能的。

    压敏电阻式的传感器虽能很好地适合这种分布式压力的测量,而且具有相当高的敏感度和直线度以及高的可靠性和费效比。但不幸的是,这种子系统需要特殊的数组阵列框架和相对复杂的打包技术,而且它不能直接测量微位移,需要特殊的校正过程。

    基于以上事实,本文将介绍一种微位移测量系统,它是对以上微电触点传感器变换器性能的一点补充。通过把模拟输出结果直接转换成离散形式,这样就能提高测量的敏感度、直线度和准确度以及降低噪音。所以,该子系统是耐用、简明、可靠且具有良好费效比的测量子系统。

    2　子系统的结构

    电触点微位移子系统的基本结构如图1所示,图1在A-A方向上的剖面图如图2所示。

    该子系统包括一个壳体C、在壳体里有一个活动测量杆S、被悬挂在弹性振动片M上、带有激励线圈L的螺线管SL和两对面对着杆型铁心RC的平面电极且可倾斜60~120度,如图2所示。铁心充当螺线管SL的电枢。同时,它又是该子系统的活动部件,RC与SP相连,弹簧SP可沿着测量杆S运动轨迹的方向上拉伸。传感器变换器包括两个电触点Z和Y,其中之一固定在测量杆S的末端,另一个———在螺线管SL的杆型铁心RC的端部。当子系统未工作时,永久磁铁CM和螺线管SL的杆型铁心RC连在一起,靠着它的电极,安装在子系统的壳体C内。子系统也包括脉冲信号形成器F,功率放大器AMP,on/off开关SW和脉冲计数器COUNT,它可以被连接到F的输出端或者放大器的输入端。

    3　子系统的工作原理

    电触点微位移子系统工作过程如下: