微/纳米级磨损测量的电容方法研究

微/纳米级磨损测量是纳米摩擦学和内燃机测试技术的研究热点,是国家重点支持和发展的技术之一.叙述了微/纳米级磨损测量研究的电容方法和传感器原理,重点论述对汽车发动机气缸套磨损测量的特殊平行板电容传感器电容值计算和信号处理方法,给出了初步的实验测试结果与分析.     

微传感器压力测量系统

压力是应用最为广泛的物理参数之一,压力测量在工业生产中必不可少.在研究微电容传感器的基础上,分析了压力测量的工作原理,提出一种基于微电容传感器的压力测量的设计方法,给出适合该种传感器的信号检测电路和压力测量系统组成.实践表明,此设计方法具有较高的准确性和应用推广价值.     

微尺寸探针测量技术

原子力微探针具有极高的垂直方向位置灵敏度,其针尖半径可达几十纳米量级,这就为微纳米尺度的三维坐标测量提供了可能性.本文基于原子力微探针瞄准原理并结合二维微位移系统和高精度电容传感器,研制了微尺寸测量系统.     

微摩擦测试仪力传感器的研究

讨论了微尺度构件的摩擦力测试问题.Bhushan和Koinkar分别对硅材料的宏观摩擦系数和纳米摩擦系数进行了对比实验,实验表明纳米摩擦系数远远低于宏观摩擦系数.而在微机械构件中,零件的大小一般为微米级,甚至更大,接触面积也较大.载荷介于宏观和微观之间,有时会大于nN范围,因此其摩擦特殊,有可能不完全等同于宏观摩擦和纳米摩擦,因此需进一步研究.但现有的微摩擦测试仪器不管是载荷还是测量范围都是基于纳米量级,因此需要一种用于研究微机械样品间摩擦的专用仪器.本文主要对这种微摩擦测试仪中关键技术之一力传感器进行了研究.由于普通传感器在测量精度较高时,分辨率、灵敏度等均较低,不能满足系统的要求.针对普通传感器的不足,本文采用微机械工艺加工微力传感器可以大批量制量制造,且具有低成本、高精度、低驱动、高可靠性、低功耗、占用空间小、重量轻和响应速度快等优点.最后对力传感器的性能进行了分析.     

AD7745在微机械电容式传感器测量电路中的应用

AD7745是一种高性能的∑-△型电容/数字转换器,可直接连接电容传感器的电容进行测量,无需其它外围器件.该芯片还具有高分辨率、高线性以及高精度的突出优点,非常适合测量微机械电容式传感器的微小电容变化,使微机械电容式传感器的应用更加灵活.     

微纳米级差压式气针传感器的研制

提出一种基于差压式气路的微纳米级分辨力气针传感器的设计和工作原理,并对其静态特性进行了理论分析和实验研究.分析出不同输入压力、不同主喷嘴和测量喷嘴孔径对传感器灵敏度和线性范围的影响大小,从而可获得高灵敏度和大线性范围气针传感器的各参数值.该传感器的测量范围为80 μm,分辨力为0.01 μm,测量不确定度小于0.3 μm,适合于高精度微纳米级非接触尺寸测量场合.本文研究内容可以为高精度气动传感器的设计提供理论和实验依据.     

一种基于相位光栅干涉微位移传感器的研制

高精度微位移传感器是表面计量技术的关键技术之一.文中介绍了一种低成本、高精度的接触式微位移传感器.该传感器采用平行簧片实现精密直线运动,相位透射型正弦衍射光栅作为计量光栅实现高精密的位移测量.文中分析了其测量原理、光学原理、干涉条纹的光电接收以及辨向、细分.理论分析和实验应用结果表明该传感器垂直分辨率可达到nm级,测量量程为2 mm,可以用于微纳米表面形貌和轮廓的测量.     

新型运载火箭中电容式液位传感器接口专用集成电路

为了提高新型航天运载火箭中电容式液位传感器系统的电容检测性能,设计了一款适用于航天运载火箭中电容式液位传感器的接口专用集成电路(Application Specitic Integrated Circuit,ASIC)芯片。首先,完成了整体电路的系统级设计,实现了对电容式液位传感器输出电容的线性检测,将传感器输出电容量转化为与之呈线性关系的电压量输出。然后,对接口ASIC芯片的线性度、噪声特性和温度环境适应性进行了理论分析与研究。最后,采用0.5μm CMOS工艺完成接口ASIC的流片,并进行了芯片的性能测试。实际测试结果显示,芯片电容检测非线性为0.005%,输出噪声密度3.7aF/Hz~(1/2)(待测电容40pF),电容测量稳定性7.4×10-5 pF(参考电容40pF,待测电容40pF,1σ,1h),输出零位温度系数4.5μV/℃。测试结果证明,该接口ASIC的电容检测性能已经达到国外最高性能的电容式液位传感器液位测量芯片的水准,可以广泛应用到多种电容式检测传感器中。     

一种参比电容传感器接口电路设计及性能评估

基于电容传感器的气固两相流测量技术被认为是最有前途的气固流测量技术,而电容传感器接口电路是电容传感器乃至电容法气固两相流测量技术研发和应用的关键.微小电容测量的难点在于杂散电容的存在以及电磁干扰,而张弛振荡电路可以通过差动结构消除待测电容两端的杂散电容,电路工作稳定性较高,电路还可以将电容值通过振荡的方式转化为只有高低电平的脉冲宽度,便于不受干扰的传输测量结果,同时使用合理的微处理器可实现对脉宽的高精度测量,从而提高测量电路整体的灵敏性与分辨力.为了应用于气固流相浓度测量,使用带参比电容的张弛振荡电路,并进行了性能测试.结果表明,带参比电容的张弛振荡接口电路迟滞误差为0.30％,非线性误差为0.30％,重复性误差为0.32％,可以在气固两相流相浓度测量中应用.     

纳米时栅位移传感器电场分布与误差特性研究

针对现有纳米测量技术量程小和测量环境要求苛刻等不足,提出研究一种以高频时钟脉冲作为计量基准的新型纳米位移传感器,利用差动平行电容极板构建的交变电场进行精密测量.为了优化传感参数并提高测量精度,对纳米时栅传感器在不同参数条件下的电场分布与误差特性进行了研究.首先根据其测量特征,利用ANSYS软件建立二维仿真模型,对不同参数条件下传感器的电场分布进行分析;再通过实验验证,找出不同参数与误差特性之间的关系;最后根据仿真和实验结果,对传感参数进行优化设计.实验表明:在200 mm测量范围内,传感器精度达到±300nm.为纳米时栅优化设计和精度提高提供了可靠的理论依据和技术支持.