利用靜電場原理復(fù)現(xiàn)微小力值的實驗研究.pdf

1、隨著新材料、微電子和生物及其他高新技術(shù)飛速發(fā)展，微納量級超微力的應(yīng)用與測量在這些高新行業(yè)中起到了關(guān)鍵性的作用，因此迫切需要研制微納力值計量標準，實現(xiàn)微納力值的SI溯源。
　　 文中提出了一種基于靜電場的微力測量方案，對測量方案的可行性做了理論分析并搭建實驗平臺，驗證了原理的正確性。主要研究內(nèi)容和工作如下：
　　 1.總結(jié)了微小力值計量在各個行業(yè)的意義，分析了微小力值在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，明確了課題研究的方向和意義。

2、　　 2.以電磁學(xué)理論為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出圓柱形電容傳感器的電容梯度的數(shù)學(xué)模型，對電容傳感器內(nèi)外電極之間的電場分布、電勢大小進行了分析和討論，為后續(xù)工作提供了理論基礎(chǔ)。
　　 3.采用Maxwell軟件對圓柱形電容器電容梯度進行有限元分析，并對影響電容梯度的相關(guān)因素，如極板尺寸、偏軸性、極板傾斜度等因素進行了定性分析；并通過Ansys對杠桿進行了應(yīng)力應(yīng)變分析。
　　 4.采用寶石刀口支撐、平衡杠桿結(jié)構(gòu)、限位機構(gòu)以及平移臺實現(xiàn)

3、電極支撐，搭建了實驗的機械裝置平臺。
　　 5.設(shè)計了基于新型高精度、集成式電容測量芯片AD7747的PCB板，實現(xiàn)了微小電容的測量。采用USB2.0傳輸控制芯片CY7C68013實現(xiàn)了AD7747與PC機的通信。設(shè)計了基于VC++的上位機界面，實現(xiàn)了上位機對AD7747的控制、電容值的實時顯示。
　　 6.搭建測量系統(tǒng)實驗平臺，進行了電容梯度的測量，完成了靜電力發(fā)生實驗。實驗結(jié)果表明電容梯度及靜電力測量結(jié)果與理論推導(dǎo)基