[发明专利]一种基于MEMS加工工艺的柱面电容传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容传感器，特别涉及一种基于MEMS加工工艺的柱面电容传感器。

背景技术

二十世纪六十年代以来，随着原子能、航天技术、微电子、信息技术IC 制造和生物工程等新兴科学技术的发展，业界对机械加工精度提出了更为苛刻的要求，从微米到亚微米，现已经发展到纳米级水平，并逐渐朝向亚纳米级精度的超精密加工加工水平迈进。

精密机床是实现超精密加工的硬件条件，而高精度主轴是精密机床，如：纳米金刚石车床、精密加工中心的核心部件，同时高精度主轴也是硬盘驱动器、高精度旋转电机、大型汽轮发电机等超精密装备或大型基础装备的关键部件。主轴回转误差对装备整机的工作精度、加工质量有着直接影响，开展高精度主轴回转误差研究有着十分重要的意义。

苏州光动精密仪器有限公司采用给主轴加装标准球并采用激光干涉仪检测标准球的回转误差而间接实现对主轴回转误差的测量，但系统的结构比较复杂。西安理工大学王凯提出一种用激光照射安装于被测轴端面的凹面镜，并用光电二极管检测反射光位置而实现主轴两自由度回转误差检测的方法，但该方法对测量环境要求较高，光路难以调整。韩国学者Hyeong-Joon Ahn提出了实现径向位移测量的柱面电容位移传感器，但其加工制作采用常规的加工方法，得到的电容传感器电极厚度处于毫米级水平，致使传感器在应用过程中存在较大的边缘效应，且难以克服。

MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。气相沉积是利用气相中发生的物理化学过程，在材料表面形成具有特种性能的金属或化合物涂层的过程，气相沉积工艺包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。光刻是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。气相沉积工艺和光刻工艺是MEMS加工工艺中的重要部分，对制作微小型器件有很大的用处。

如果采用MEMS的气相沉积和光刻工艺，能将柱面电容传感器电极厚度加工到微米级，能有效克服传感器边缘效应，提高柱面电容传感器测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MEMS加工工艺的柱面电容传感器，能有效地抑制柱面电容传感器的边缘效应，提高传感器的测量精度，能监测高精度主轴回转误差。

本发明采用的技术方案是：

由主轴旋转电极和同轴安装在主轴旋转电极外的柱面固定电极构成；其中：

主轴旋转电极：是在主轴外圆柱面向外依次包覆有第一绝缘层、主轴铜电极和第二绝缘层；

柱面固定电极：是在电极基座内圆柱孔向内依次包覆有第三绝缘层、等电位保护环、第四绝缘层和四个等距嵌在第四绝缘层内圈的四个弧形电极；四个弧形电极的轴向长度相等，圆心角均为60°。

所述的主轴与电极基座材料金属或者非金属。

所述的主轴圆柱面上气相沉积的第一绝缘层和第二绝缘层厚度均为10                                               ，主轴铜电极厚度为10；电极基座内圆柱面气相沉积的第三绝缘层厚度为10，等电位保护环厚度为10，第四绝缘层厚度为20，主轴铜电极厚度为10。

所述的主轴旋转电极轴向长度大于柱面固定电极的轴向长度。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

1）电容传感器电极厚度越薄越有利于抑制传感器边缘效应、提高传感器测量精度，采用MEMS加工工艺，能将电极厚度做得很薄，不仅可以克服主要常规方法制造柱面电容传感器时存在的复杂加工、装配工艺等问题，还可以有效抑制柱面电容传感器边缘效应，提高测量精度。 

2）该生产工艺易于实现柱面电容传感器的小型化制作，大大缩小传感器体积，使传感器的应用更加灵活，同时易于实现传感器的批量化制作。

附图说明

图1是基于MEMS加工工艺的柱面电容传感器整体效果图。

图2是图1的剖面示意图。

图3是主轴旋转电极剖视图。

图4是柱面固定电极剖视图。

图5是基于MEMS加工工艺的柱面电容传感器制作流程示意图。

图中：1、主轴旋转电极，2柱面固定电极，3、主轴，4、第一绝缘层，5、主轴铜电极，6、第二绝缘层，7、电极基座，8、第三绝缘层，9、等电位保护环，10、第四绝缘层，11、弧形电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。