超微力測(cè)量方案的探索實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微力傳感器研究、制作、生產(chǎn)蓬勃開(kāi)展，而微力傳感器本身的性能計(jì)量卻顯得相對(duì)滯后。因此，構(gòu)建一種穩(wěn)定、精密的超微力計(jì)量體系成為急待解決的問(wèn)題。
　　 論文探索了一種基于靜電場(chǎng)的超微力測(cè)量方案，并對(duì)測(cè)量方案的可行性做了理論分析。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(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在此平臺(tái)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(cè)量實(shí)驗(yàn)。詳細(xì)內(nèi)容如下：
　　 測(cè)量系統(tǒng)采用了自

2、主設(shè)計(jì)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(diǎn)。并且在結(jié)構(gòu)中通過(guò)高精度直線軸承保證了運(yùn)動(dòng)的同軸度，又利用增加屏蔽結(jié)構(gòu)來(lái)消除寄生電容的干擾。檢測(cè)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(jī)，在實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容變化信號(hào)高精度測(cè)量的同時(shí)，降低了超微力測(cè)量系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本。
　　 系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)量過(guò)程中，分別完成了不同時(shí)段和相同時(shí)段的兩組實(shí)驗(yàn)。相同時(shí)段系統(tǒng)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)分析顯示，四次

3、實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果相互之間的偏差小于2.6％，而且在同一坐標(biāo)系下四次實(shí)驗(yàn)的擬合直線近似重合；不同時(shí)段系統(tǒng)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)分析顯示，三次實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果與設(shè)計(jì)值的偏差都小于7％，說(shuō)明測(cè)量系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性。
　　 系統(tǒng)重復(fù)性測(cè)量過(guò)程中，選取了量程范圍內(nèi)的4個(gè)點(diǎn)。每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量。測(cè)量數(shù)據(jù)顯現(xiàn)，測(cè)量結(jié)果的前三位保持穩(wěn)定，從第四位出現(xiàn)波動(dòng)，但是與標(biāo)準(zhǔn)值的最大偏差小于

4、0.005000pF，體現(xiàn)了很好的重復(fù)性。
　　 通過(guò)系統(tǒng)分辨力、漂移和線性度測(cè)量實(shí)驗(yàn)可知，測(cè)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(cè)量結(jié)果的最大漂移量小于0.01pF。
　　 最大摩擦力測(cè)試實(shí)驗(yàn)顯示，目前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中存在的摩擦力為mN量級(jí)，勢(shì)必會(huì)對(duì)將來(lái)的超微力測(cè)量精度造成影響，所以為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的修正提供了方向。
　　 通過(guò)以上多方面的工作，完成了此方案可行性的實(shí)