可溯源微納力值測量系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與實驗研究.pdf

1、現(xiàn)階段在微納研究領(lǐng)域中，對于微小力(10-8～10-4N)的測量與溯源尚未形成統(tǒng)一的方案，然而在材料科學、電力電子、航空、微納制造等多個領(lǐng)域，微納力值得到了普遍的應用，因此迫切需要形成統(tǒng)一的測量與溯源標準以提升相關(guān)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文在總結(jié)了前人工作的基礎(chǔ)上，完成了對基于靜電力原理的微小力測量系統(tǒng)的研究，本文研究的主要內(nèi)容及完成的工作如下:
　　1、分析了微納力值測量標準建立的意義，詳述了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和實驗室的前期

2、研究成果。
　　2、介紹了測量系統(tǒng)的工作原理—靜電力原理，以及測量系統(tǒng)中的各個功能模塊。
　　3、由于測量系統(tǒng)測量的量程及精度主要是由彈性元件來決定，設(shè)計了平行四邊形鉸鏈作為系統(tǒng)的力值敏感元件，并對其進行了靜力學和動力學分析，為了降低蠕變對測量精度的影響，設(shè)計了差動式鉸鏈方案作為最終的力值敏感結(jié)構(gòu)。設(shè)計了帶自重平衡的柔性鉸鏈，可降低電極長期懸掛及鉸鏈自重造成的蠕變，為了探索更小量級的力值測量，設(shè)計了簧片式彈性支撐。
　

3、　4、改進了基于雙目視覺的內(nèi)外電極同軸度測量與調(diào)整系統(tǒng)，設(shè)計了亞像素級的圖像處理算法，配合電控調(diào)整平臺能達到偏軸調(diào)整精度5μm，偏角調(diào)整精度0.030°，該方案理論上可使電容梯度的相對不確定度小于萬分之一。設(shè)計了電容梯度標定方案，電容梯度標定的相對標準不確定度低于千分之一。
　　5、完成了測量系統(tǒng)的裝置搭建，以及測量系統(tǒng)中重要元器件的選型，編寫了用于微力測量的整套軟件。
　　6、進行了電容器同軸度測量與姿態(tài)調(diào)整實驗、電容梯度