[發明專利]一種納米級微小位移測量裝置

無效

• 申請號: 201010611080.6
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN102538650A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 徐方;賈凱;褚明杰;楊奇峰
• 申請（專利權）人: 沈陽新松機器人自動化股份有限公司
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李曉光

技術領域

本發明涉及納米微動臺閉環控制通道中的精密位移測量裝置，具體的說是一種納米級微小位移測量裝置。

背景技術

在MEMS(微機電系統，Micro-Electro-Mechanical?Systems)和IC(集成電路)等超精密加工中，納米級精密測量系統是其中的關鍵設備，目前，對納米級位移的測量主要依靠原子顯微鏡、激光干涉儀以及直線光柵尺等裝置實現，這些裝置結構復雜，系統龐大，適合進行大行程高精度的測量，而不適合對小行程、高精度的納米級微小位移進行測量。

發明內容

針對現有技術中存在的納米位移測量裝置結構復雜，系統龐大等不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種提體積小，精度高，適合對小行程，高精度的測量納米級微小位移的傳感電路。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

本發明測量納米級微小位移測量裝置包括時序及充電電路、傳感電路、積分及放大電路、差分采樣電路以及濾波電路，上述電路順序電連接，其中：時序及充電電路，產生傳感電路所需的充電脈沖及差分采樣電路所需的時序信號；傳感電路，接收微小位移信號，輸出相應的微小電流信號至積分及放大電路；積分及放大電路，接收微小電流信號，輸出電壓信號至差分采樣電路；差分采樣電路，對積分及放大電路輸入的電壓信號進行差分處理；濾波電路，對經過差分處理后信號進行濾波處理，得到最后的檢測信號。

所述傳感電路包括時序單元和信號探測單元，其中時序電路產生高頻驅動脈沖經跟隨及反向處理后與信號探測單元中的測量電容傳感器的第一端子以及參考電容的第一端子連接，測量電容傳感器的第二端子與參考電容的第二端子直接相連后，輸出微小電流信號。

所述驅動脈沖由CPLD控制開關元件產生。

所述測量電容傳感器和參考電容的充放電由高頻方波驅動。

所述差分采樣電路中的控制時鐘由時序電路提供，相位相差90°，產生的差分信號由減法電路做減法運算并放大。

本發明具有以下有益效果及優點：

1.本發明可以通過較小的測量機構實現微小位移納米級的測量，相比激光干涉儀、直線光柵尺等測量裝置結構簡單，成本低，相對于橋式、差分電容測位電路，本發明不存在不穩定問題，靈敏度高，可實現小于1mm行程、優于5nm的測量精度。

附圖說明

圖1為本發明結構框圖；

圖2為發明的時序與充電電路；

圖3為發明的傳感電路；

圖4為發明的積分及放大電路；

圖5為發明的差分采樣電路；

圖6為發明的濾波電路。

具體實施方式

如圖1所示，本發明測量納米級微小位移測量裝置包括傳感電路、積分及放大電路、差分采樣電路以及濾波電路，上述電路順序電連接，其中：傳感電路，接收微小位移信號，輸出相應的微小電流信號至積分及放大電路；積分及放大電路，接收微小電流信號，輸出電壓信號至差分采樣電路；差分采樣電路，對積分及放大電路輸入的電壓信號進行差分處理；濾波電路，對經過差分處理后信號進行濾波處理，得到最后的檢測信號。

所述傳感電路包括時序單元和信號探測單元，其中時序電路產生高頻驅動脈沖經跟隨及反向處理后與信號探測單元中的測量電容傳感器C_s的第一端子以及參考電容C_r的第一端子連接，測量電容傳感器C_s的第二端子與參考電容C_r的第二端子直接相連后，輸出微小電流信號，測量電容傳感器C_s和參考電容C_r的充放電由高頻方波驅動；所述差分采樣電路中的控制時鐘相差90°相位。傳感電路包含有

在圖1中，本發明裝置包括傳感電路、積分及放大電路、差分采樣電路以及濾波電路，傳感電路的輸入端接收微小位移信號，經測量電容傳感器C_s探測后變為電流傳送給積分及放大電路，再經過積分及放大電路的積分及放大作用，轉化為放大的電壓信號傳送給差分采樣電路，差分采樣電路經過特定時序的采樣，對電壓信號進行提取后送濾波電路，信號經過濾波電路處理后為最終的輸出電壓信號。

圖2所示的電路為時序及充電電路，CPLD以有源晶振為基準產生高頻時鐘信號控制開關電路產生+10V與-10V的高頻充電信號驅動傳感電路工作。同時CPLD產生兩路時鐘信號提供給差分采樣電路。