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利用静电场原理复现微小力值的实验研究
引用本文:刘明,林玉池,郑叶龙,靳展,刘铮. 利用静电场原理复现微小力值的实验研究[J]. 传感技术学报, 2012, 25(1): 33-37. DOI: 10.3969/j.issn.1004-1699.2012.01.007
作者姓名:刘明  林玉池  郑叶龙  靳展  刘铮
作者单位:1.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;2.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;3.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;4.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;5.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072
基金项目:天津市自然科学基金项目(09JCYBJC05200,10JCYBJC06600);精密测试及仪器国家重点实验室开放基金项目
摘    要:利用静电场原理复现微小力值(≤10-5 N)的系统主要包括电容梯度测量模块和平衡电压监测模块.在对测量原理进行深入分析的基础上,得出了实现测量的基本计算公式;同时,通过电磁场专用仿真软件Maxwell进行了仿真试验,通过仿真数据与理论数据的对比验证了原理的正确性;另外,自行设计并加工了实验用圆柱形电容器以及杠杆支架等,搭建了完整的测量系统平台,完成了系统实验,并且将实验数据与理论数据做了对比,验证了实验的可行性,分析了误差产生的可能原因,提出了进一步改进的方向;最后,总结了实验结论:利用静电场原理复现微小力的方法能够满足设计要求并且能够满足测量要求.

关 键 词:微小力值测量  静电场  电容梯度  平衡电压监测

Experimental research of micro-force reproduction using electrostatic field
LIU Ming,LIN Yuchi,ZHENG Yelong,JIN Zhan,LIU Zheng. Experimental research of micro-force reproduction using electrostatic field[J]. Journal of Transduction Technology, 2012, 25(1): 33-37. DOI: 10.3969/j.issn.1004-1699.2012.01.007
Authors:LIU Ming  LIN Yuchi  ZHENG Yelong  JIN Zhan  LIU Zheng
Affiliation:(State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments,Tianjin University,Tianjin 300072,China)
Abstract:The micro-force(≤10-5 N)reproduction system using electrostatic field consists of capacitance gradient measurement module and balanced voltage monitor module.The fundamental design formula expressing the measurement principle is deducted;Meanwhile,Maxwell software is used to simulate the system and then compare the simulated data with the theoretical data to prove the exactness of the principle;Construct the system platform using the self-designed cylindrical capacitor and the whole lever device,using recorded experimental data,then make comparison with the theoretical data and prove the feasibility,also analyze the possible reasons which bring in error;Finally,we come to the conclusion that using electrostatic filed to reproduce micro-force can content the design requirements and reach the certain precision.
Keywords:micro-force measurement  electrostatic field  capacitance gradient  balanced voltage monitor
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