基于静电力的微纳力值计量技术与溯源方法研究

微纳量级的质量等相关物理量的计量是纳米技术发展的重要保证。先进国家计量院相继研究、建立微纳力值标准装置,实现了原子力显微镜中的悬臂梁弹性常数的可溯源标定。目前基于静电力原理的微纳力值标准装置可实现10~(-3)~10~(-6)N的静态力值测量,相对不确定度可控制在1%的量级。基于硅器件加工工艺得到的有源悬臂或无源悬臂可将这一范围的标准力值进行有效的传递。微纳力值在10~(-6)N量级的计量技术拓展了传统力值计量领域,为未来实现更微小的力值标定打下坚实基础。     

用于微纳米位移定位校准的双溯源链路计量标准装置的建立

微纳米定位技术是前沿科学和工程技术领域的关键技术之一,其中微纳米定位平台的位移校准在精密测量领域中占据重要地位,中国计量科学研究院研制了用于微纳米位移定位校准的双溯源链路计量标准装置,并建立为我国计量标准。该装置包含激光干涉法微纳米位移定位校准装置与光栅衍射干涉法微纳米位移定位校准装置,其中激光干涉法校准装置通过六自由度激光干涉校准系统实现了纳米微位移平台直接全面校准,在该溯源链路中量值通过激光干涉仪溯源至米定义的波长基准;光栅衍射干涉法校准装置以一维纳米光栅标准物质为核心,在该溯源链路中量值通过光栅栅距溯源至米定义的波长基准。双溯源链路计量标准装置满足了微纳米定位校准的多样化应用需求并增强溯源方式的全面性和可靠性,保证了集成电路领域光刻等微纳米级位移的高精度测量、航空航天工业关键部件的精密装配测量,该计量装置的建立为我国微纳米定位技术的发展提供了重要的技术支撑。     

低频纳伏电压标准装置溯源方法研究

低频交流微弱电压因受噪声和干扰的影响,计量测试非常困难,其量值溯源更难.本文介绍了一种纳伏电压标准装置,对影响微弱电压测量与量值溯源的噪声与干扰进行了分析研究,采取了抑制噪声和抗干扰措施,提出了衰减末端定标和比对验证进行微弱电压量值溯源的方法,给出了实验数据,并进行了结果分析.     

国家计量体系和我国的量值溯源体系

&&国家计量体系和我国的量值溯源体系$中国计量科学研究院!总工程师@施昌彦     

标准物质量值溯源性初探

本文通过介绍溯源性的概念和特点，探讨了标准物质量值溯源体系的主要内容以及质量保证。     

关于量值传递体系的思考——建立“量值溯源体系”和“国家计量体系”

一、我国现行量值传递体系及存在的问题我国量值传递体系是国家根据经济合理、分工协作的原则 ,以城市为中心 ,就地就近组织起来的量值传递网络。其目的是保证我国的量值准确统一。量值传递体系大致由三部分内容构成。其一是从能复现单位量值的国家基准开始 ,通过各级（省、市、县、区）计量标准器具逐级传递 ,最后传递给工作计量器具 ,这就是平时说的量值传递。为了达到量值传递时测量不确定度损失小、可靠性高和便于操作的要求 ,量值传递时应按国家计量检定系统（表）的规定逐级进行（特殊情况经上级同意方可越级传递） ;其二 ,国家基准由…     

浅谈建立数字化计量技术供给溯源体系

随着数字技术的飞速发展,传统计量体系正面临深刻转型。文章提出建立数字化计量技术供给溯源体系,旨在推动计量从模拟时代向数字时代转型。文章首先分析了传统计量向数字计量转型的困境和难点,然后提出了计量实现数字化转型的思路和方向,并探讨了建立数字化计量技术供给溯源体系实现数字时代的计量转型的目的和意义,最后给出了具体案例。     

力值计量标准现状及研究进展

在对比分析国际上各类力标准机计量性能的基础上,阐述了我国力值计量标准的研究现状及应用关键技术的先进性.提出并研制了基于静重式力标准机"独立加码"的技术与方法,解决了力标准机砝码逆程交换带来的负荷波动性过大的问题,为进一步研究砝码逆程交换产生的"逆负荷现象"提供了一种有效的技术方法.提出并研制了利用机械传动加载方式的叠加式力标准机,力传感器分组并联延伸力值的试验方法,以及力标准机参考标准量值溯源的方法,对研究建立新的大力值计量标准,具有参考和借鉴意义.     

气体计量溯源体系的建立及其量值传递规范化探讨

本文对我国化学成分量溯源体系中气体计量溯源体系的建立进行了阐述,探讨了气体计量量值传递规范化途径和方法,提出了气体计量研究面临的课题。     

微纳米测量机测头结构的参数设计及分析

设计了一种高精度的接触扫描式测头,提出了4种测头弹性结构的设计方案。根据测头的测量范围、测量灵敏性、测量稳定性、各向同性的要求,选择了最优的设计结构。对选择的结构进行了参数设计、力学分析和有限元分析,分析结果表明设计的测头测量范围达到40 μm×40 μm×20 μm,测量刚度小于0.5 mN/μm,各向同性也符合设计要求。     

基于微机电系统的纳米力学测量装置的研制

阐述了一种基于微机电系统的纳米力学测量方法和系统。开发了一种多功能的纳牛力致动器,可同时满足微拉伸测试系统、原子力显微镜等系统的需要,该致动器基于微机电系统,以静电侧向梳齿为基本结构,采用变间隙设计结构,实现小芯片尺寸、低压驱动、高分辨率(nN量级)和大输出力（大于1 mN）,并介绍了该测试系统的原理、结构、微机电系统的安装以及一些相关实验结果。     

一种新型微变形镜键合技术

对一种新型可变形反射镜加工中的硅-玻璃阳极键合工艺进行了研究。设计了一种通过导线将压焊点引至键合区的特殊结构,使得键合过程中台柱与驱动电极保持等电势,从而有效避免了电极和结构之间的相互作用所引入的缺陷,使得最终获得的驱动电极的有效面积接近100%。针对键合前后气体体积收缩导致的镜面凹陷问题,提出在玻璃上加工出贯穿器件的浅槽结构。实验结果表明,在380C,1atm的环境下施加-1000V电压进行阳极键合时,当浅槽深度大于200nm时,将获得较好的镜面质量。     

冲击力对地震检波器模态影响的研究

工作状态中的冲击力是地震检波器模态滑动的主要因素之一,且无法回避。为了揭示有关规律,准确地测量了地震检波器对不同大小冲击力的响应,应用非线性最小二乘法分析得出了有关模态及其变化规律。结论是在模态对模型下,冲击力增大时,模态距离呈增大趋势,而地震检波器的阻尼趋于稳定。     

光纤传感技术应用于轧制力测量的研究

中介绍一种光纤法布里-珀罗干涉式应变传感器，并对其应用于轧制力测量进行了研究。详细分析了该传感器的原理，导出了轧制力与光纤干涉腔反射光强的关系表达式。理论分析和实验结果表明，用这种光纤应变传感器测量轧制力是切实可行的，与传统的测量轧制力的方法比较，具有结构简单，抗干扰能力强，测量准确度高，灵敏度高等优点。     

Stewart型指尖力传感器结构尺寸对其灵敏度的影响研究

研究了基于灵敏度性能的Stewart平台型六维指尖力传感器结构参数的设计方法。分析Stewart型指尖力传感器的力与应变关系,并定义其灵敏度评价指标,给出传感器结构尺寸对其灵敏度评价指标的影响曲线,这对实现合理设计Stewart平台型指尖力传感器的结构很有意义。     

阵列式静电传感器的频率特性分析

研究了应用于气固两相流流动参数检测的阵列式静电传感器频率特性,建立了阵列式静电传感器的数学模型,定义了动态灵敏度,应用数值模拟结合实验的方法得到了阵列式静电传感器的轴向灵敏区域和频率响应特性。结果表明:传感器近极片的轴向灵敏区域最小,中心轴向处的灵敏区域最大;空间频率分布为距极片越近,频带越宽,峰值频率越大;速度越大频带越宽,峰值频率越大;极片越长,信号的频带越窄;得到了粒子速度、灵敏区域长度和峰值频率3者之间的关系。     

Stewart结构六维力传感器力矩各向同性研究

对于stewart并联结构的六维力传感器,应用并联机器人机构学理论,根据传感器的静态数学模型,研究当坐标系建立在下平台的几何中心处时,传感器的力矩各向同性指标。利用空间模型理论对力矩各向同性进行了图谱分析,并研究了坐标系变化时的力矩各向同性指标,以此作为该传感器的结构优化设计和应用的理论依据。     

使用AFM测量纳米尺度线宽的不确定度研究

针对Nanoscope Ⅲ型原子力显微镜,进行了纳米尺度线宽测量的不确定度分析。提出一个线宽测量的误差校正步骤,确定并分析了影响测量结果不确定度的4方面因素。根据实验和测量过程,分析和计算得到被测样品的线宽值、不确定度分量以及合成不确定度。     

应变式力传感器动态特性研究及动态补偿

通过测试传感器的固有频率和冲击响应,对不同结构的应变式力传感器的动态特性进行了研究。当力传感器动态特性不理想时,根据零极点配置法设计了动态补偿数字滤波器,对力传感器进行动态补偿,使之适用于动态测量。实验表明:柱式力传感器的动态特性优于S形力传感器。通过对S形传感器进行动态补偿,拓宽了力传感器的工作频带,提高了力传感器的动态性能,减小了动态误差。