微波微米级接近检测的电容传感器

本文介绍了一种具有微米级分辨率的高灵敏度接近传感器。其工作原理为可移动阶跃阻抗谐振器（SIR）的电容变化，相对于静态部分（静态部分由一对终止有补丁电容并共享相同轴线的匹配线构成）呈相对（垂直）运动。如果线的补丁与SIR补丁对齐，则所得结构为一个串联连接可变电容谐振器负载的两端口设备（电容因SIR的垂直运动而变化）。所报告的接近传感器的输出信号为在工作频率下传输系数的相位。该频率可以（根据规范）是SIR的共振频率，当刻蚀此元件的基材与静态部分接触时，但该设备可以调整到不同的工作频率，从而进一步提高灵敏度。因此，该传输模式相位变化传感器是一个单频设备（这简化了在不能使用矢量网络分析仪的情况下对传感器供电和处理所需的电子设备）。本文对SIR共振频率下的传感器操作进行了详尽的灵敏度分析。根据该分析得出结论，为了优化灵敏度（和分辨率），SIR必须设计为长窄条和小金属补丁。然而，通过基于仿真的分析显示，当传输系数相位为±180°时，在适当选择的静态部分基材下，灵敏度可以显著提升。展示了三个原型接近传感器并进行了实验验证，以展示所有这些方面。在其中一个原型中，所达到的最大灵敏度、分辨率和动态范围分别为4485°/mm、5~m和0.1mm。