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《可溯源微納力值測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、可溯源微納力值測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究Optimizationdesignandexperimentresearchontraceablemicro-nanoforcemeasuringsystem國(guó)家科技支撐計(jì)劃(NO.2011BAK15B06)資助學(xué)科專業(yè)：儀器儀表工程作者姓名：蔡雪指導(dǎo)教師：趙美蓉教授協(xié)助教師：宋樂(lè)副教授企業(yè)導(dǎo)師：胡剛副研究員天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院2015年12月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研
2、究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日摘要-8-4
3、現(xiàn)階段在微納研究領(lǐng)域中，對(duì)于微小力(10～10N)的測(cè)量與溯源尚未形成統(tǒng)一的方案，然而在材料科學(xué)、電力電子、航空、微納制造等多個(gè)領(lǐng)域，微納力值得到了普遍的應(yīng)用，因此迫切需要形成統(tǒng)一的測(cè)量與溯源標(biāo)準(zhǔn)以提升相關(guān)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)。本文在總結(jié)了前人工作的基礎(chǔ)上，完成了對(duì)基于靜電力原理的微小力測(cè)量系統(tǒng)的研究，本文研究的主要內(nèi)容及完成的工作如下：1、分析了微納力值測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)建立的意義，詳述了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和實(shí)驗(yàn)室的前期研究成果。2、介紹了測(cè)量系統(tǒng)的工作原理—靜電力原理，以及測(cè)量系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊。3、由于測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的量程及精度主要是由彈性元件來(lái)決定，設(shè)計(jì)了平行四
4、邊形鉸鏈作為系統(tǒng)的力值敏感元件，并對(duì)其進(jìn)行了靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，為了降低蠕變對(duì)測(cè)量精度的影響，設(shè)計(jì)了差動(dòng)式鉸鏈方案作為最終的力值敏感結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了帶自重平衡的柔性鉸鏈，可降低電極長(zhǎng)期懸掛及鉸鏈自重造成的蠕變，為了探索更小量級(jí)的力值測(cè)量，設(shè)計(jì)了簧片式彈性支撐。4、改進(jìn)了基于雙目視覺的內(nèi)外電極同軸度測(cè)量與調(diào)整系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了亞像素級(jí)的圖像處理算法，配合電控調(diào)整平臺(tái)能達(dá)到偏軸調(diào)整精度5μm，偏角調(diào)整精度0.030o，該方案理論上可使電容梯度的相對(duì)不確定度小于萬(wàn)分之一。設(shè)計(jì)了電容梯度標(biāo)定方案，電容梯度標(biāo)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度低于千分之一。5、完成了測(cè)量系統(tǒng)的裝置搭建，
5、以及測(cè)量系統(tǒng)中重要元器件的選型，編寫了用于微力測(cè)量的整套軟件。6、進(jìn)行了電容器同軸度測(cè)量與姿態(tài)調(diào)整實(shí)驗(yàn)、電容梯度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、鉸鏈剛度測(cè)試實(shí)驗(yàn)、質(zhì)量與靜電力比對(duì)實(shí)驗(yàn)、真空環(huán)境力值測(cè)量實(shí)驗(yàn)、簧片結(jié)構(gòu)的分辨力測(cè)試實(shí)驗(yàn)等，并分析了測(cè)量系統(tǒng)的誤差來(lái)源和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度?；诓顒?dòng)式鉸鏈的測(cè)量系統(tǒng)在10μN(yùn)到100μN(yùn)范圍內(nèi)的力值測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度小于2.5%，而簧片結(jié)構(gòu)作為彈性敏感元件時(shí)可使系統(tǒng)分辨力達(dá)到nN級(jí)。關(guān)鍵詞：靜電力；柔性鉸鏈；電容梯度；蠕變；不確定度ABSTRACTCurrentlyinthemicro-nanoresearchfield，themea
6、surementandtraceabilityfor-8-4microforce(10~10N)hasnotyetformedaunifiedplan.However,itiswidelyusedinthebiologicalmedicine,newmaterials,aerospace,microelectronicsandotherfields,soitisinurgentneedtoformaunifiedmeasurementstandardinordertoenhancethekeytechniqueintherelatedfieldsThi
7、spapercompletedtheresearchofmicroforcemeasurementsystembasedontheprincipleofelectrostaticforce，thismaincontentandmainworkinthispaperisasfollows:1.Analyzedthesignificancetoestablishthemicroforcemeasurementstandards,detailedtheresearchstatusathomeandabroadandtheprophaseschemeinlab
8、oratory.2.Analyzedtheworkingprincipleofthemeasu
