基于靜電場原理微納力值測量與標(biāo)準(zhǔn)傳遞技術(shù)研究.pdf

1、微納力值的準(zhǔn)確計(jì)量在新材料、新技術(shù)領(lǐng)域有著迫切需求。目前國際上尚無統(tǒng)一的微力測量與溯源標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各種類型微力傳感器性能標(biāo)定滯后。課題旨在通過分析研究，建立10-4~10-8N范圍內(nèi)的微力計(jì)量體系。本文探索了基于靜電場原理的微納力值測量和力值標(biāo)準(zhǔn)傳遞方案，完成了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建，實(shí)驗(yàn)證明了測量原理和方案的可行性。論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新如下：
　　1.系統(tǒng)分析了國內(nèi)外在微納力值計(jì)量領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。針對(duì)當(dāng)前研究的不足，確定本課題的研究方向

2、和內(nèi)容。
　　2.研究了基于靜電場原理進(jìn)行力值測量的原理，通過對(duì)各種傳感器的比較采用變面積圓柱形電容傳感器作為力發(fā)生單元。分析了力值計(jì)算的關(guān)鍵參量——電容梯度的計(jì)算公式和影響因素。設(shè)計(jì)了基于機(jī)器視覺的電容梯度測量方案。
　　3.根據(jù)力值測量精度需要，設(shè)計(jì)了差動(dòng)式柔性鉸鏈作為力值傳遞機(jī)構(gòu)?；阢q鏈的數(shù)學(xué)模型，分析了靜態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)剛度，并提出了優(yōu)化方案。
　　4.搭建了力值測量與溯源標(biāo)準(zhǔn)裝置，介紹了各個(gè)模塊的功能。硬件上進(jìn)

3、行了設(shè)備、構(gòu)件的選擇與實(shí)現(xiàn)；程序設(shè)計(jì)上進(jìn)行了算法優(yōu)化和人機(jī)交互界面開發(fā)。在該裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行了電容梯度測量和力值測量實(shí)驗(yàn)，符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　5.進(jìn)行微納力值測量系統(tǒng)中不確定度分析。包括地面振動(dòng)、空氣擾動(dòng)等A類不確定度和電容梯度、電壓源、激光尺等引起的B類不確定度。在測量2mg法碼產(chǎn)生的力時(shí)，力值相對(duì)不確定度2.6％，達(dá)到課題目標(biāo)要求。
　　6.探索了基于微力標(biāo)準(zhǔn)裝置的力值標(biāo)準(zhǔn)傳遞技術(shù)。分析原子力顯微鏡懸臂梁作為微力傳感器在力