高精度电容位移传感器保护环标定平台研究：边缘效应与灵敏度校准

本文主要探讨了物联网和智慧交通背景下带保护环的差分式电容位移传感器标定平台的研究。电容位移传感器作为非接触式传感器的重要组成部分，在诸如位移、角度、振动、加速度、压力和浓度监测等领域表现出优越的性能，特别是在卫星重力测量、空间科学实验以及空间引力波探测等精密应用中，其高精度显得尤为重要。 针对电容位移传感器的高精度要求，特别是敏感度系数的标定，其过程涉及对传感器性能的精确控制。传统的平行板电容器构成的差分电容对由于边缘效应，会导致实际电容值的非线性偏差，这将直接影响标定结果的准确性。为了减小这种误差，文中提出了一种创新方法，即在电容器外围增加等电位保护环，通过保持电位平衡来抑制边缘效应。 本文的研究目标具体包括两部分：首先，作者深入分析了等电位环在理论上如何有效屏蔽平行板电容器的边缘效应，这涉及到电场分布的理解和计算；其次，基于理论分析，设计并制造了一对稳定的采用等电位环技术的标准差分电容对，并进行了详尽的测试，以验证理论模型的实用性和有效性。 通过电容计的验证，该标定平台的灵敏度达到了11.96 fF/5μm，相对不确定度仅为2%，且实测值与理论预测范围相符，误差满足了预设指标。这表明，研制的高精度标定平台成功地解决了电容位移传感器灵敏度标定中的非线性影响问题，为提升传感器性能提供了可靠的手段。 本文的研究不仅提升了差分式电容位移传感器的标定精度，还为物联网和智慧交通中的精密测量设备提供了关键技术支持，对于提升整体系统的准确性和可靠性具有重要意义。