基于微力測量原理的微納米測頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特性研究.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)的快速發(fā)展，各種微型器件逐漸問世?，F(xiàn)有的檢測MEMS器件的微納米測頭大都無法實(shí)時(shí)測量測力的大小、方向和作用位置，對(duì)于不同方向、大小的測力和探針受力變形等引起的測量誤差無法實(shí)時(shí)修正。針對(duì)這些問題，本文通過對(duì)全剪切六維力傳感器加以改進(jìn)和微型化得到一種新型接觸式微納米測頭。
　　本文在微納米測頭的設(shè)計(jì)過程中主要展開了以下幾個(gè)方面工作:闡述了納米測量機(jī)測頭以及六維力傳感器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀;闡述了微納米測頭的基本要求，并介紹

2、了微納米測頭的測量原理;通過對(duì)全剪切六維力傳感器的改進(jìn)和微型化，完成了微納米測頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);介紹了微納米測頭有限元模型的建立方法以及測頭的靜態(tài)有限元分析;為了實(shí)現(xiàn)測頭mN級(jí)的測量靈敏度，應(yīng)用ANSYS軟件和正交試驗(yàn)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定測頭的基本幾何尺寸和測量不同方向測量力的壓阻傳感器的分布位置和組橋方式，為后續(xù)的測頭加工提供理論基礎(chǔ);應(yīng)用ANSYS軟件分析了微納米測頭的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性;介紹了傳感器的靜態(tài)線性、非線性解耦方法，并使

3、用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)非線性解耦方法進(jìn)行了仿真試驗(yàn);介紹了獨(dú)立成分分析中的FastICA算法，并使用基于FastICA的動(dòng)態(tài)解耦方法進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。
　　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的基于六維力測量原理的微納米測頭具有良好的線性度;經(jīng)過零位補(bǔ)償后，測頭水平方向和軸向的測量靈敏度分別可以達(dá)到14.55με/mN和10.76με/mN;采用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)非線解耦方法進(jìn)行解耦可以使測頭的靜態(tài)耦合率低于1％;微納米測頭的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間