一種電容式邊緣傳感器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種電容式邊緣傳感器，包括激勵源、電荷放大電路和信號調理電路，所述傳感器還包括一組正對面積相等的待測平板電容A和待測平板電容B、信號轉換電路和相位比較電路，所述待測平板電容A和待測平板電容B的一端接入激勵源，另一端接入對稱的電荷放大電路中，所述電荷放大電路與微弱信號檢測電路連接，所述微弱信號檢測電路信號調理電路連接，所述信號調理電路與信號轉換電路連接，所述信號轉換電路與相位比較電路連接，所述待測平板電容A和待測平板電容B分別是由設在相鄰子鏡邊緣下側的第一金屬膜和固定在一壓電陶瓷片上表面的第二金屬膜組成。本實用新型專利技術中的電容式邊緣傳感器具有體積小、精度高、成本低的優點。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種傳感器，尤其涉及一種電容式邊緣傳感器。
技術介紹
隨著自適應光學、計算機、精密機械和自動控制技術的發展，望遠鏡口徑也突破了一定的限制。目前國際上正在籌建和建設中的超大口徑光學望遠鏡有TMT、E-ELT等，這些望遠鏡都采用拼接技術制造主鏡。拼接望遠鏡是由許多六邊形子鏡“拼接”成一個完整的，連續的主鏡，子鏡尺寸較小，也避免了像單塊大鏡子那樣的厚度，解除了重量的限制，使極大口徑望遠鏡變成了可能。然而，拼接鏡面也會帶來一些新的問題。比如由于重力載荷、溫度、振動等因素的影響，子鏡間總是會存在相互錯位，導致了子鏡的位移誤差，使已拼接后的整個鏡子無法組合成連續的面形，最終也無法成預期的理想像。因此，如何精確檢測到這種位置誤差并且將其快速反饋到控制系統是保證鏡面連續平滑的一個關鍵問題，其中，平移誤差(piston)的精確和實時檢測尤為關鍵。大型望遠鏡拼接主鏡的共相性好壞，對于望遠鏡角分辨率能力大小有很大的影響。共相性好壞可以用共相失調誤差衡量，其中主要包括子鏡單元之間的piston和tip-tilt等。研究表明，拼接子鏡間的piston誤差的均方根值需要小于觀測中心波長λ的1/20，因此，檢測該誤差的傳感器的誤差均方根要求小于5nm國外用于piston誤差檢測的電容式邊緣傳感器是一類特殊的微位移傳感器，可以用來檢測兩平行平板平行度和拼接鏡面面形精度。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是提供一種體積小、原理簡單，精度高、成本低的電容式邊緣傳感器，利用該傳感器可以檢測拼接鏡面面形精度。為了解決上述技術問題,本技術提供了一種電容式邊緣傳感器，用于拼接望遠鏡子鏡的拼接鏡面面形檢測，包括激勵源、電荷放大電路和信號調理電路，所述傳感器還包括一組待測平板電容A、待測平板電容B、信號轉換電路和相位比較電路，所述待測平板電容A和待測平板電容B的一端接入激勵源，另一端接入對稱的電荷放大電路中，所述電荷放大電路與微弱信號檢測電路連接，所述微弱信號檢測電路信號調理電路連接，所述信號調理電路與信號轉換電路連接，所述信號轉換電路與相位比較電路連接，所述待測平板電容A和待測平板電容B分別是由設在相鄰子鏡邊緣下側的第一金屬膜和固定在一壓電陶瓷片上表面的第二金屬膜組成，且待測平板電容A和待測平板電容B的正對面積相等。進一步地，所述第一金屬膜和第二金屬膜是鍍在拼接鏡面邊緣的下側和壓電陶瓷片的上表面。進一步地，所述激勵源為兩列幅值相同，相位相反的方波。進一步地，所述電荷放大電路選擇儀表放大器結構。進一步地，所述傳感器的兩側設有第一敏感元件和第二敏感元件。與現有技術相比，本技術所達到的有益效果：(1)本技術中利用FPGA生成兩列幅值相同、相位相反的方波作為傳感器的激勵源，接入待測平板電容A和待測平板電容B，當拼接望遠鏡的兩個子鏡不平行時就會導致待測平板電容A和待測平板電容B的間距發生變化進而引起電容大小的變化，從而將位移信號轉換為電信號，這一微弱的電信號經電荷放大電路放大后使得信號變強，最后利用相位比較電路檢測輸出信號與FPGA輸出的兩列激勵源信號的相位關系，得出拼接鏡面的面形關系。(2)本技術中采用微弱信號檢測前置放大電路，可以將piston誤差信號轉移到微位移檢測的問題上來，而電容兩極板間距的變化又可以引起電容大小的變化，從而將位移信號轉換為電信號。(3)本技術中電荷放大電路選擇儀表放大器結構，儀表放大器擁有差分式結構，對共模噪聲有很強的抑制作用，同時擁有較高的輸入阻抗和較小的輸出阻抗，非常適合對微弱信號的放大。(4)本技術的金屬膜是鍍在拼接鏡面邊緣的下側和壓電陶瓷片的上表面形成的待測平板電容A和待測平板電容B，使得該電容式邊緣傳感器的成本低、體積小等諸多優點。(5)本技術中傳感器的兩側設有第一敏感元件和第二敏感元件，第一敏感元件和第二敏感元件能夠敏銳地檢測到位移信息并將位移信息轉變為電信息。綜上所述，本技術中的電容式邊緣傳感器與現有的電容式邊緣傳感器相比具有體積小、原理簡單，精度高、成本低的優點。附圖說明以下結合附圖及具體實施方式對本技術作進一步詳細說明。圖1是本技術中一種電容式邊緣傳感器的原理圖；圖2是本技術中傳感器的結構示意圖；圖3是本技術中一種電容式邊緣傳感器應用于鏡面面形檢測的示意圖；圖4是本技術中相位比較電路的電路原理圖；附圖標記說明：1、激勵源，2、待測平板電容A，3、待測平板電容B，4、電荷放大電路，5、微弱信號檢測電路，6、信號調理電路，7、信號轉換電路連接，8、相位比較電路，9、子鏡，10、第一金屬膜，11、第一敏感元件，12、第二敏感元件，13、第二金屬膜。具體實施方式以下實施例僅用于說明本技術，但不用來限制本技術的范圍。如圖1、圖2、圖3及圖4所示的一種用于拼接望遠鏡的拼接鏡面面形檢測的電容式邊緣傳感器，其包括激勵源1、電荷放大電路4和信號調理電路6，所述傳感器還包括一組待測平板電容A2和待測平板電容B3、信號轉換電路7和相位比較電路8，所述待測平板電容A2和待測平板電容B3的一端接入激勵源1，另一端接入對稱的電荷放大電路4中，所述電荷放大電路4與微弱信號檢測電路5連接，所述微弱信號檢測電路5與信號調理電路6連接，所述信號調理電路6與信號轉換電路7連接，所述信號轉換電路7與相位比較電路8連接，所述待測平板電容A2和待測平板電容B3分別是由設在相鄰子鏡邊緣下側的第一金屬膜10和固定在一壓電陶瓷片上表面的第二金屬膜13組成，且待測平板電容A2和待測平板電容B3的正對面積相等。在本實施例中，所述第一金屬膜10和第二金屬膜13是鍍在拼接鏡面邊緣的下側和壓電陶瓷片的上表面。在本實施例中，所述激勵源1為兩列幅值相同，相位相反的方波。在本實施例中，所述電荷放大電路4選擇儀表放大器結構。在本實施例中，所述傳感器的兩側設有第一敏感元件和第二敏感元件。本技術中的電容式邊緣傳感器的檢測過程如下：按照圖2所示對待測的拼接鏡面邊緣下側進行鍍金膜，形成一組正對面積相等的兩個電容，利用FPGA生成兩列幅值相同，相位相反的兩列方波作為傳感器的激勵源，電容的一端接入激勵源，另一端接入對稱的電荷放大電路中，利用圖4所示相位比較電路檢測輸出信號與FPGA輸出的兩列激勵源信號相位關系，接入顯示設備，得出鏡面面形關系。與現有技術相比，本技術中的電容式邊緣傳感器與現有的電容式邊緣傳感器相比具有體積小、原理簡單，精度高、成本低的優點。綜上所述，上述實施方式并非是本技術的限制性實施方式，凡本領域的技術人員在本技術的實質內容的基礎上所進行的修飾或者等效變形，均在本技術的技術范疇。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電容式邊緣傳感器，用于拼接望遠鏡子鏡(9)的拼接鏡面面形檢測，包括激勵源(1)、電荷放大電路(4)和信號調理電路(6)，其特征在于：所述傳感器還包括一組待測平板電容A(2)、待測平板電容B(3)、信號轉換電路(7)和相位比較電路(8)，所述待測平板電容A(2)和待測平板電容B(3)的一端接入激勵源(1)，另一端接入對稱的電荷放大電路(4)中，所述電荷放大電路(4)接入微弱信號檢測電路(5)，所述微弱信號檢測電路(5)接入信號調理電路(6)，所述信號調理電路(6)接入信號轉換電路(7)，所述信號轉換電路(7)接入相位比較電路(8)，所述待測平板電容A(2)和待測平板電容B(3)分別是由設在相鄰子鏡邊緣下側的第一金屬膜(10)和固定在一壓電陶瓷片上表面的第二金屬膜(13)組成，且待測平板電容A(2)和待測平板電容B(3)的正對面積相等。

【技術特征摘要】
1.一種電容式邊緣傳感器，用于拼接望遠鏡子鏡(9)的拼接鏡面面形檢測，包括激勵源(1)、電荷放大電路(4)和信號調理電路(6)，其特征在于：所述傳感器還包括一組待測平板電容A(2)、待測平板電容B(3)、信號轉換電路(7)和相位比較電路(8)，所述待測平板電容A(2)和待測平板電容B(3)的一端接入激勵源(1)，另一端接入對稱的電荷放大電路(4)中，所述電荷放大電路(4)接入微弱信號檢測電路(5)，所述微弱信號檢測電路(5)接入信號調理電路(6)，所述信號調理電路(6)接入信號轉換電路(7)，所述信號轉換電路(7)接入相位比較電路(8)，所述待測平板電容A(2)和待測平板電容B(3)分別是由設在相鄰子鏡邊...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭艷芳，李雪寶，湯坤，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：新型
國別省市：江蘇;32