单极板微位移电容传感器结构设计与优化.pdf

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1、2014年第33卷第7期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)63单极板微位移电容传感器结构设计与优化冯佳，李佩明，尹志生，隋永新，杨怀江(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：根据单极板微位移电容传感器结构优化设计的问题，提出了一种基于纵横推进法的电磁场仿真参数化建模方法。在建立合理的单极板电容传感器电磁仿真参数模型基础上，首先通过仿真实验选择保护环和绝缘层缺口的最优值。然后依据仿真得到的最优值，选择结构与最优值接近的电容传感器产品对比，

2、取得了较好的研究结果，电容仿真值与实际测量值误差小于0．3％。最后对电容传感器极板倾斜对测量结果的影响进行了研究，极板倾斜2。时测量误差为1．6％。电容传感器结构优化结果满足实际工程要求。关键词：电容传感器；电磁仿真；参数化建模；优化设计；CST中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)07-0063--04f1tructured’es‘ignand’opti‘mi‘zat‘ionof一si‘nt~le-p’latecapaci‘ti‘vesensorformicrodisplacementmeasuringFENGJia’，LIPei-yue，Y

3、INZhi—sheng，SUIYong—xin，YANGHuai-jiang(1．StateKeyLaboratoryofAppliedOptics，ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China；2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100039，China)Abstract：Accordingtoproblemofstructureoptimaldesignofsingle—pl

4、atecapacitivesensorformicrodisplacementmeasuring，aparametricmodelingmethodforelectromagneticfieldsimulationbasedonveaicalandhorizontalpropulsionmeansispresented．First，onthebasisofestablishingreasonableelectromagnetismsimulationparametermodelforsingle-platecapacitivesensor，throughsimulationexpe

5、rimentchoosesoptimalvalueforguardringandthegapforinsulatinglayer．Thenaccordingtooptimalvalueobtainebysimulationexperiment，comparingtotheactualcapacitivesensorofstructureapproximationtooptimalvalue，achievegoodresults，errorofsimulationresultsandactualmeasurementcapacitancevalueislessthan0．3％．Fin

6、ally．influenceoftiltplateofcapacitivesensoronmeasuringresultisstudied，whenthetiltangleis2。，errorofmeasurementvalueis1．6％．Structureoptimalresultforcapacitivesensormeetforpracticalengineeringrequirement．Keywords：capacitivesensor；electromagnetismsimulation；parametricmodeling；optimaldesign；CST0引言性

7、，单极板电容传感器在一些工作场合不可避免地用到，比目前可以进行高精度测量的传感器家族分为三大类：如：接地金属容器液位测量和金属物体对地距离测量。电感传感器、电容传感器和光干涉传感器。电容传感器具随着超精密制造和精密仪器及现代工业生产的发展，有低功耗、高精度、动态性能好、稳定性高和非接触性等特对位移测量的精度要求越来越高，微位移电容传感器结构点，深受科技工作者和工业应用者的青睐。优化设计成为限制测量精度提高的主要因素之一J。为根据测量方式的不同可把电容传感器分为两类：单