靜電場(chǎng)超微力測(cè)量方案的探索研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，微納級(jí)超微力的應(yīng)用與測(cè)量已經(jīng)滲透到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域之中。然而微力傳感器本身的性能卻顯得相對(duì)滯后，而且在國(guó)際上尚未形成統(tǒng)一的測(cè)量與溯源標(biāo)準(zhǔn)。因此，建立一種穩(wěn)定、精密的超微力計(jì)量體系成為急待解決的問(wèn)題。
　　 論文探索了一種基于靜電場(chǎng)的超微力測(cè)量方案，對(duì)測(cè)量方案的可行性做了理論分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了靜電場(chǎng)微力測(cè)量系統(tǒng)。目前已經(jīng)完成了機(jī)械、電路以及軟件等方面的設(shè)計(jì)工作，搭建了前期測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在此平臺(tái)上

2、，完成了系統(tǒng)的漂移、校準(zhǔn)、重復(fù)性、分辨力、線(xiàn)性度等性能測(cè)試，并完成了電容梯度測(cè)量實(shí)驗(yàn)及靜電力發(fā)生驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。具體工作如下：
　　 基于靜電力發(fā)生原理，完成了靜電場(chǎng)測(cè)量微力方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。測(cè)量系統(tǒng)將工作在兩種連續(xù)的測(cè)量模式下。測(cè)量模式一完成測(cè)量系統(tǒng)電容梯度的測(cè)量，測(cè)量模式二將完成微小力值的測(cè)量。
　　 測(cè)量系統(tǒng)采用了自主設(shè)計(jì)的靜電力發(fā)生裝置，其電容傳感器部分的設(shè)計(jì)充分利用了圓柱形電容傳感器量程大，線(xiàn)性好，邊緣效應(yīng)小等特點(diǎn)。采

3、用懸掛彈簧結(jié)構(gòu)及同軸度調(diào)整機(jī)構(gòu)，有效消除了內(nèi)外電極的運(yùn)動(dòng)摩擦力，彈簧機(jī)構(gòu)同時(shí)可以充當(dāng)靜電力發(fā)生實(shí)驗(yàn)中的微力源。
　　 設(shè)計(jì)了基于新型高精度集成式電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7747與USB控制傳輸芯片F(xiàn)X2LP的電容采集模塊。該模塊設(shè)計(jì)包括測(cè)量電路，固件程序及上位機(jī)軟件部分。利用該電容測(cè)量模塊配合高精度電容測(cè)微儀，可完成靜電力發(fā)生裝置的電容梯度測(cè)量實(shí)驗(yàn)。
　　 分別搭建了兩種測(cè)量模式下的系統(tǒng)平臺(tái)，進(jìn)行了系統(tǒng)漂移，重復(fù)性，分辨力，線(xiàn)