研究目的
开发一种微型化、坚固的电容式位置传感器，采用3D打印和喷墨打印技术，用于光谱仪应用中MEMS镜的高分辨率位置测量，旨在减小设备尺寸和成本，同时实现高位置分辨率和抗噪性。
研究成果
所开发的印刷电容式传感器系统在高带宽（10 kHz）下实现了高达20纳米的高位置分辨率，并展现出强大的抗干扰能力，使其适用于微型光谱仪应用。快速原型技术的运用实现了具有成本效益的微型化，而通过智能信号处理和电极设计的进一步优化可降低测量误差。
研究不足
系统对PWM信号的边缘陡度有限制，变化率高于25 V/µs的信号可能导致模拟放大器链饱和。此外，位置分辨率会随传感器距离增加而降低，且传感器的非线性特性需要高级信号处理才能实现精确测量。
1：实验设计与方法选择：
实验涉及使用3D打印铜外壳和喷墨打印多层电极设计并制作电容式传感器系统。采用基于FPGA数字信号处理的载波频率系统进行读出，以实现高分辨率和抗噪性。该传感器在模拟MEMS镜面运动的演示装置中进行了测试。
2：样本选择与数据来源：
演示装置使用连接晶圆片的扬声器来模拟MEMS镜面运动。传感器置于不同距离处，并在受控激励条件下收集数据。
3：实验设备与材料清单：
设备包括3D打印铜体、喷墨打印机（PiXDRO LP50）、打印头（SM-128 Spectra S级）、绝缘墨水（Solsys EMD6200）、导电银墨水（Sycris I50DM-119）、带千分尺螺杆的线性平台、扬声器、基于FPGA的读出硬件、低噪声放大器和同轴电缆。
4：0）、打印头（SM-128 Spectra S级）、绝缘墨水（Solsys EMD6200）、导电银墨水（Sycris I50DM-119）、带千分尺螺杆的线性平台、扬声器、基于FPGA的读出硬件、低噪声放大器和同轴电缆。 实验步骤与操作流程：
4. 实验步骤与操作流程：通过在铜体上打印绝缘层和导电层并进行固化来制作传感器。将其安装在与扬声器相对的线性平台上。在共振频率下激励扬声器，传感器信号通过模拟前端和FPGA上的数字信号处理进行处理。使用千分尺螺杆进行距离调整。
5：数据分析方法：
数据分析包括信号反演、快速傅里叶变换（FFT）提取基频、数值微分计算灵敏度，以及使用扩展卡尔曼滤波器（EKF）增强位置分辨率。使用FFT和信号处理技术评估噪声基底和干扰抑制能力。
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PiXDRO LP50
LP50
Meyer Burger AG
Inkjet printing of insulating and conductive layers for sensor fabrication
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