超微力測量方案的探索實驗研究.pdf

1、微力傳感器研究、制作、生產(chǎn)蓬勃開展，而微力傳感器本身的性能計量卻顯得相對滯后。因此，構(gòu)建一種穩(wěn)定、精密的超微力計量體系成為急待解決的問題。
　　 論文探索了一種基于靜電場的超微力測量方案，并對測量方案的可行性做了理論分析。目前已經(jīng)完成了機械、電路以及軟件等方面的設(shè)計工作，搭建了前期測量系統(tǒng)實驗平臺。在此平臺上，完成了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、重復(fù)性、分辨力、漂移性、線性度和最大靜摩擦力測量實驗。詳細內(nèi)容如下：
　　 測量系統(tǒng)采用了自

2、主設(shè)計的傳感器結(jié)構(gòu)，充分利用了圓柱形電容傳感器量程大，線性好，邊緣效應(yīng)小等特點。并且在結(jié)構(gòu)中通過高精度直線軸承保證了運動的同軸度，又利用增加屏蔽結(jié)構(gòu)來消除寄生電容的干擾。檢測電路基于新型高精度、集成式電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7747與8051單片機，在實現(xiàn)了對電容變化信號高精度測量的同時，降低了超微力測量系統(tǒng)的開發(fā)成本。
　　 系統(tǒng)穩(wěn)定性測量過程中，分別完成了不同時段和相同時段的兩組實驗。相同時段系統(tǒng)穩(wěn)定性實驗的測量數(shù)據(jù)分析顯示，四次

3、實驗的測量結(jié)果相互之間的偏差小于2.6％，而且在同一坐標系下四次實驗的擬合直線近似重合；不同時段系統(tǒng)穩(wěn)定性實驗的測量數(shù)據(jù)分析顯示，三次實驗測量結(jié)果相互之間的偏差小于3.3％。從整體而言，七次穩(wěn)定性實驗的測量結(jié)果與設(shè)計值的偏差都小于7％，說明測量系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性。
　　 系統(tǒng)重復(fù)性測量過程中，選取了量程范圍內(nèi)的4個點。每個點進行10次重復(fù)測量。測量數(shù)據(jù)顯現(xiàn)，測量結(jié)果的前三位保持穩(wěn)定，從第四位出現(xiàn)波動，但是與標準值的最大偏差小于

4、0.005000pF，體現(xiàn)了很好的重復(fù)性。
　　 通過系統(tǒng)分辨力、漂移和線性度測量實驗可知，測量系統(tǒng)具有0.04mm的位移分辨力、2.97484％的線性度，而且量程范圍內(nèi)32分鐘測量結(jié)果的最大漂移量小于0.01pF。
　　 最大摩擦力測試實驗顯示，目前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中存在的摩擦力為mN量級，勢必會對將來的超微力測量精度造成影響，所以為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的修正提供了方向。
　　 通過以上多方面的工作，完成了此方案可行性的實