基于MEMS微位移傳感器的納米定位工作臺研制.pdf

1、過去幾十年中，以壓電陶瓷致動的精密定位技術(shù)得到了長足的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到微系統(tǒng)、生物工程、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。本課題針對現(xiàn)有的微位移傳感器難于實現(xiàn)高集成度和小型化的缺陷，研制了一種集成電橋輸出的硅基壓阻式微位移傳感器，并以硅基壓阻式微位移傳感器為核心建立了一個精密定位系統(tǒng)，為硅基壓阻式微位移傳感器在精密定位領(lǐng)域中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，也為精密定位系統(tǒng)實現(xiàn)高集成度、小型化提供了可能。
　　本文首先采用整體設(shè)計的方法，建立了系統(tǒng)的初級模型，確定

2、了工作臺與傳感器的連接方式。然后對工作臺臺體進行設(shè)計分析，通過對柔性鉸鏈靜力學(xué)建模以及應(yīng)力仿真分析，確定了臺體的具體尺寸結(jié)構(gòu)，并總結(jié)了平行板式柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的設(shè)計準則。
　　設(shè)計了具有高剛度、高靈敏度的十字梁式傳感器結(jié)構(gòu)，并對該結(jié)構(gòu)進行了數(shù)學(xué)建模、仿真分析，得到了結(jié)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)；根據(jù)MEMS加工工藝計算出了壓阻條的長度和寬度，根據(jù)設(shè)計目標的要求，確定了壓阻條在十字梁上的具體位置和排布方式。設(shè)計了傳感器的制備工藝流程，并繪制了版圖。針

3、對傳感器輸出信號小的問題，設(shè)計了專門的傳感器信號采集放大電路。針對壓阻式傳感器受溫度影響大的問題，設(shè)計了以MAX1457芯片為核心的傳感器溫度補償電路。
　　建立了以單神經(jīng)元自適應(yīng)PID算法為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。通過與傳統(tǒng)PID控制算法的比較，證明了單神經(jīng)元自適應(yīng)PID算法具有更好的抗干擾能力和環(huán)境適應(yīng)能力，從而能夠保證系統(tǒng)具有很好的控制精度。
　　最后，對所研制的硅基壓阻式位移傳感器進行了實驗分析，通過對傳感器各個性能指標的測