高精度电容式微位移传感器研制

电容式微位移传感器是将被测的微小位移量转换成电容量变化的一种传感器，是重力仪、加速度计等地球物理仪器的一项关键技术和瓶颈技术。在重力仪中应用电容传感器检测零长金属弹簧的微小位移，测量地球重力加速度的变化。本项目采用三片差动式电容，运算放大检测电路，能够大大降低传感器输出的非线性，提高灵敏度，同时还能有效补偿温度变化所造成的误差。应用微晶玻璃材料加工电容片温度系数非常小，几乎不受温度变化影响，减小了传感器的零点漂移。黄金镀膜增加电容片表面导电性。程控振荡电路产生高稳幅的正弦信号大幅降低初始输出电容信号噪声。使用锁相放大器压缩噪声带宽，提高信噪比。应用驱动电缆技术有效屏蔽外接电缆并联电容的影响。实现1mm的量程、小于0.1%的输出非线性、1个纳米的测量精度，对提高重力仪、加速度计等仪器的测量精度有重要意义。

高精度电容式微位移传感器用于检测微小的位移变化，是重力仪等地球物理仪器研究的一项关键技术，重力仪探头应用电容传感器检测零长金属弹簧的微小位移，测量地球重力加速度的变化。本项目以海洋重力仪为应用背景，对电容传感器所涉及的相关材料加工工艺，精密机械安装，微弱信号提取等技术进行了研究。在结构上采用三片差动式电容，电容片使用微晶玻璃材料加工与表面黄金镀膜工艺，较好的解决了在附着力非常小的光学材料表面进行黄金镀膜的工艺难题，试验表明这种工艺制作的电容片温度系数非常小，几乎不受工作环境温度变化影响，减小了传感器的零点漂移。探索总结出了一套电容片精密安装方法，开发了基于DDS技术的正弦振荡信号源，可以方便的设置信号频率、相位及幅度等参数，大幅降低初始输出电容信号噪声。设计了性能优异的锁相放大器，精确提取微弱信号，有效压缩噪声带宽，提升信噪比。本项研究已被应用于测地所在研的海洋重力仪上，经整合测试，可以满足相关技术要求。