一种电容式边缘传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电容式边缘传感器，包括激励源、电荷放大电路和信号调理电路，所述传感器还包括一组正对面积相等的待测平板电容A和待测平板电容B、信号转换电路和相位比较电路，所述待测平板电容A和待测平板电容B的一端接入激励源，另一端接入对称的电荷放大电路中，所述电荷放大电路与微弱信号检测电路连接，所述微弱信号检测电路信号调理电路连接，所述信号调理电路与信号转换电路连接，所述信号转换电路与相位比较电路连接，所述待测平板电容A和待测平板电容B分别是由设在相邻子镜边缘下侧的第一金属膜和固定在一压电陶瓷片上表面的第二金属膜组成。本实用新型专利技术中的电容式边缘传感器具有体积小、精度高、成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种传感器，尤其涉及一种电容式边缘传感器。
技术介绍
随着自适应光学、计算机、精密机械和自动控制技术的发展，望远镜口径也突破了一定的限制。目前国际上正在筹建和建设中的超大口径光学望远镜有TMT、E-ELT等，这些望远镜都采用拼接技术制造主镜。拼接望远镜是由许多六边形子镜“拼接”成一个完整的，连续的主镜，子镜尺寸较小，也避免了像单块大镜子那样的厚度，解除了重量的限制，使极大口径望远镜变成了可能。然而，拼接镜面也会带来一些新的问题。比如由于重力载荷、温度、振动等因素的影响，子镜间总是会存在相互错位，导致了子镜的位移误差，使已拼接后的整个镜子无法组合成连续的面形，最终也无法成预期的理想像。因此，如何精确检测到这种位置误差并且将其快速反馈到控制系统是保证镜面连续平滑的一个关键问题，其中，平移误差(piston)的精确和实时检测尤为关键。大型望远镜拼接主镜的共相性好坏，对于望远镜角分辨率能力大小有很大的影响。共相性好坏可以用共相失调误差衡量，其中主要包括子镜单元之间的piston和tip-tilt等。研究表明，拼接子镜间的piston误差的均方根值需要小于观测中心波长λ的1/20，因此，检测该误差的传感器的误差均方根要求小于5nm国外用于piston误差检测的电容式边缘传感器是一类特殊的微位移传感器，可以用来检测两平行平板平行度和拼接镜面面形精度。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种体积小、原理简单，精度高、成本低的电容式边缘传感器，利用该传感器可以检测拼接镜面面形精度。为了解决上述技术问题,本技术提供了一种电容式边缘传感器，用于拼接望远镜子镜的拼接镜面面形检测，包括激励源、电荷放大电路和信号调理电路，所述传感器还包括一组待测平板电容A、待测平板电容B、信号转换电路和相位比较电路，所述待测平板电容A和待测平板电容B的一端接入激励源，另一端接入对称的电荷放大电路中，所述电荷放大电路与微弱信号检测电路连接，所述微弱信号检测电路信号调理电路连接，所述信号调理电路与信号转换电路连接，所述信号转换电路与相位比较电路连接，所述待测平板电容A和待测平板电容B分别是由设在相邻子镜边缘下侧的第一金属膜和固定在一压电陶瓷片上表面的第二金属膜组成，且待测平板电容A和待测平板电容B的正对面积相等。进一步地，所述第一金属膜和第二金属膜是镀在拼接镜面边缘的下侧和压电陶瓷片的上表面。进一步地，所述激励源为两列幅值相同，相位相反的方波。进一步地，所述电荷放大电路选择仪表放大器结构。进一步地，所述传感器的两侧设有第一敏感元件和第二敏感元件。与现有技术相比，本技术所达到的有益效果：(1)本技术中利用FPGA生成两列幅值相同、相位相反的方波作为传感器的激励源，接入待测平板电容A和待测平板电容B，当拼接望远镜的两个子镜不平行时就会导致待测平板电容A和待测平板电容B的间距发生变化进而引起电容大小的变化，从而将位移信号转换为电信号，这一微弱的电信号经电荷放大电路放大后使得信号变强，最后利用相位比较电路检测输出信号与FPGA输出的两列激励源信号的相位关系，得出拼接镜面的面形关系。(2)本技术中采用微弱信号检测前置放大电路，可以将piston误差信号转移到微位移检测的问题上来，而电容两极板间距的变化又可以引起电容大小的变化，从而将位移信号转换为电信号。(3)本技术中电荷放大电路选择仪表放大器结构，仪表放大器拥有差分式结构，对共模噪声有很强的抑制作用，同时拥有较高的输入阻抗和较小的输出阻抗，非常适合对微弱信号的放大。(4)本技术的金属膜是镀在拼接镜面边缘的下侧和压电陶瓷片的上表面形成的待测平板电容A和待测平板电容B，使得该电容式边缘传感器的成本低、体积小等诸多优点。(5)本技术中传感器的两侧设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够敏锐地检测到位移信息并将位移信息转变为电信息。综上所述，本技术中的电容式边缘传感器与现有的电容式边缘传感器相比具有体积小、原理简单，精度高、成本低的优点。附图说明以下结合附图及具体实施方式对本技术作进一步详细说明。图1是本技术中一种电容式边缘传感器的原理图；图2是本技术中传感器的结构示意图；图3是本技术中一种电容式边缘传感器应用于镜面面形检测的示意图；图4是本技术中相位比较电路的电路原理图；附图标记说明：1、激励源，2、待测平板电容A，3、待测平板电容B，4、电荷放大电路，5、微弱信号检测电路，6、信号调理电路，7、信号转换电路连接，8、相位比较电路，9、子镜，10、第一金属膜，11、第一敏感元件，12、第二敏感元件，13、第二金属膜。具体实施方式以下实施例仅用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。如图1、图2、图3及图4所示的一种用于拼接望远镜的拼接镜面面形检测的电容式边缘传感器，其包括激励源1、电荷放大电路4和信号调理电路6，所述传感器还包括一组待测平板电容A2和待测平板电容B3、信号转换电路7和相位比较电路8，所述待测平板电容A2和待测平板电容B3的一端接入激励源1，另一端接入对称的电荷放大电路4中，所述电荷放大电路4与微弱信号检测电路5连接，所述微弱信号检测电路5与信号调理电路6连接，所述信号调理电路6与信号转换电路7连接，所述信号转换电路7与相位比较电路8连接，所述待测平板电容A2和待测平板电容B3分别是由设在相邻子镜边缘下侧的第一金属膜10和固定在一压电陶瓷片上表面的第二金属膜13组成，且待测平板电容A2和待测平板电容B3的正对面积相等。在本实施例中，所述第一金属膜10和第二金属膜13是镀在拼接镜面边缘的下侧和压电陶瓷片的上表面。在本实施例中，所述激励源1为两列幅值相同，相位相反的方波。在本实施例中，所述电荷放大电路4选择仪表放大器结构。在本实施例中，所述传感器的两侧设有第一敏感元件和第二敏感元件。本技术中的电容式边缘传感器的检测过程如下：按照图2所示对待测的拼接镜面边缘下侧进行镀金膜，形成一组正对面积相等的两个电容，利用FPGA生成两列幅值相同，相位相反的两列方波作为传感器的激励源，电容的一端接入激励源，另一端接入对称的电荷放大电路中，利用图4所示相位比较电路检测输出信号与FPGA输出的两列激励源信号相位关系，接入显示设备，得出镜面面形关系。与现有技术相比，本技术中的电容式边缘传感器与现有的电容式边缘传感器相比具有体积小、原理简单，精度高、成本低的优点。综上所述，上述实施方式并非是本技术的限制性实施方式，凡本领域的技术人员在本技术的实质内容的基础上所进行的修饰或者等效变形，均在本技术的技术范畴。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式边缘传感器，用于拼接望远镜子镜(9)的拼接镜面面形检测，包括激励源(1)、电荷放大电路(4)和信号调理电路(6)，其特征在于：所述传感器还包括一组待测平板电容A(2)、待测平板电容B(3)、信号转换电路(7)和相位比较电路(8)，所述待测平板电容A(2)和待测平板电容B(3)的一端接入激励源(1)，另一端接入对称的电荷放大电路(4)中，所述电荷放大电路(4)接入微弱信号检测电路(5)，所述微弱信号检测电路(5)接入信号调理电路(6)，所述信号调理电路(6)接入信号转换电路(7)，所述信号转换电路(7)接入相位比较电路(8)，所述待测平板电容A(2)和待测平板电容B(3)分别是由设在相邻子镜边缘下侧的第一金属膜(10)和固定在一压电陶瓷片上表面的第二金属膜(13)组成，且待测平板电容A(2)和待测平板电容B(3)的正对面积相等。

【技术特征摘要】
1.一种电容式边缘传感器，用于拼接望远镜子镜(9)的拼接镜面面形检测，包括激励源(1)、电荷放大电路(4)和信号调理电路(6)，其特征在于：所述传感器还包括一组待测平板电容A(2)、待测平板电容B(3)、信号转换电路(7)和相位比较电路(8)，所述待测平板电容A(2)和待测平板电容B(3)的一端接入激励源(1)，另一端接入对称的电荷放大电路(4)中，所述电荷放大电路(4)接入微弱信号检测电路(5)，所述微弱信号检测电路(5)接入信号调理电路(6)，所述信号调理电路(6)接入信号转换电路(7)，所述信号转换电路(7)接入相位比较电路(8)，所述待测平板电容A(2)和待测平板电容B(3)分别是由设在相邻子镜边...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑艳芳，李雪宝，汤坤，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32