基于MEMS三相栅式位移传感器信号调理电路设计.pdf

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1、94传感器与微系统(TransducerandMicrosystcmTechnologies)2012年第3l卷第1期基于MEMS三相栅式位移传感器信号调理电路设计朱革，罗静，郭增强，袁亚辉，王玲(重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心，重庆400054)摘要：根据基于微机电系统(MEMS)的三相栅式位移传感器测量原理和输出信号特点，设计一种信号调理电路。该电路主要由差分前置放大电路、带通有源滤波器和波形变换电路组成。波形变换电路设计采用了非线性放大方法来提高信噪比和检测灵敏度。以此信号调理电路搭

2、建的位移测量系统读数稳定性达到1”，表明该电路稳定性达到测量要求。关键词：微机电系统；三相栅式位移传感器；调理电路；非线性放大中图分类号：TP723文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)01-0094-03Dqesi"gR]nofsi"gna’lconditioningc：ircuitftorthr,ee-phasegratingtypedisplacementsensorbasedonMEMSZHUGe，LUOJing，GU0Zeng—qiang，YUANYa—hui，WANGLing(E

3、ngineeringResearchCenterofMechanicalTestingTechnologyandEquipmentofMinistryofEducation，ChongqingUniversityofTechnology，Chongqing400054，China)Abstract：SignalconditioningcircuitofMEMS—basedthree—phasegratingtypedisplacementsensorisdesignedbasedonitsmeasuring

4、principleandoutputsigna1．Theconditioningcircuitconsistsofdifferentialpre—amplifier，band—passfountainheadfilterandwaveformconveningcircuit．Inordertoimprovethedetectionsensitivityandsignalnoiseration，thenon—linearamplificationisusedindesignofwaveformconvenin

5、gcircuit．Readingstabilityofthemeasurementsystemofdisplacementcanbeasgoodas1”，thatmeanstheconditioningcircuithasagoodstabilitytomeettheneedsofmeasurement．Keywords：MEMS；three—phasegratingtypedisplacementsensor；conditioningcircuit；non—linearamplification0引言绕组

6、组成。分段绕组由A，B，C三相平面线圈绕组组成，绕现代制造技术的迅速发展要求更高的加工精度，所以，组的极距都为r，B相绕组与A相绕组相差2T／3，C相绕组利用新技术和新原理研制高精度、高可靠性、环境适应性强与B相绕组相差2T／3。以分段绕组作为定尺，连续绕组作的位移传感器具有重要的现实意义三相栅式位移传感器为滑尺。在定尺分段绕组上分别供以频率相同、相位差为是基于微机电系统(MEMS)加一J技术的新型位移传感器。2w／3的正弦激励电压，分段绕组周围则会形成一个相对空与感应同步器类似，是一种利用定子和转子2个平

7、面形绕组间位置固定，大小随时间变化(由激励电流决定)的脉振磁的互感随位置而变化的电磁感应原理，将机械转角位移精确场。当滑尺与定尺作相对位移时，穿过滑尺连续绕组的磁地转换成电信号的精密位置检测元件。其结构由一个连续通量变化，产生周期性变化的感应电动势。绕组和一个互差120。的三相分段绕组组成，得出将定、转子设激励电压为由U=UCOStot移相后得到的相电间的机械位移量变换成正弦电信号输出的新方法。MEMS压，则A，B，C三相绕组在连续滑尺绕组上的感应电势分别加工技术是成熟的微细加工技术，可以使传感器刻线密度增

8、为加，刻线尺寸精确，传感器的测量精度可以更高，同时可以把eA=Umc。s()si，(1)传感器做得更小更可靠，可以提高原始信号精度。1三相栅式位移传感器结构与输出信号原理Ucos(一)sin(tot一)，(2)三相栅式位移传感器结构示意图如图1所示(圆传感器可以展开成下列图)。连续绕组由极距为的平面线圈Umcos(一孥)sin(tot一弩)，(3)收稿日期：2011-06—17基金项目：重庆市自然科学基金资助项目