靜電場超微力測量方案的探索研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，微納級超微力的應(yīng)用與測量已經(jīng)滲透到工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域之中。然而微力傳感器本身的性能卻顯得相對滯后，而且在國際上尚未形成統(tǒng)一的測量與溯源標(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題。
　　 論文探索了一種基于靜電場的超微力測量方案，對測量方案的可行性做了理論分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了靜電場微力測量系統(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，搭建了前期測量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺。在此平臺上

2、，完成了系統(tǒng)的漂移、校準(zhǔn)、重復(fù)性、分辨力、線性度等性能測試，并完成了電容梯度測量實(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，完成了靜電場測量微力方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。測量系統(tǒng)將工作在兩種連續(xù)的測量模式下。測量模式一完成測量系統(tǒng)電容梯度的測量，測量模式二將完成微小力值的測量。
　　 測量系統(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)動摩擦力，彈簧機(jī)構(gòu)同時可以充當(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)包括測量電路，固件程序及上位機(jī)軟件部分。利用該電容測量模塊配合高精度電容測微儀，可完成靜電力發(fā)生裝置的電容梯度測量實(shí)驗(yàn)。
　　 分別搭建了兩種測量模式下的系統(tǒng)平臺，進(jìn)行了系統(tǒng)漂移，重復(fù)性，分辨力，線