電容式微力測(cè)量系統(tǒng)性能分析及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微納加工制造、微擦現(xiàn)象的觀測(cè)、微小質(zhì)量測(cè)量、航空航天領(lǐng)域的精確控制等，大量需要微小力值的計(jì)量，所以微力測(cè)力系統(tǒng)的研究逐漸展開(kāi)，并成為重要的研究課題。由于微力測(cè)量體系的不完善，其本身的特性顯得相對(duì)滯后。傳力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法以及微力測(cè)量傳感器的研究對(duì)微力值計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立是至關(guān)重要的。本文開(kāi)展了對(duì)微力測(cè)量系統(tǒng)的綜合研究，以微力電容式稱重系統(tǒng)為載體，對(duì)微力傳力系統(tǒng)、傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和誤差補(bǔ)償?shù)热齻€(gè)系統(tǒng)，從設(shè)計(jì)理論和技術(shù)創(chuàng)新兩

2、個(gè)方面進(jìn)行了研究和探索。主要工作如下：
　?。?）研究了微力測(cè)量系統(tǒng)的性能分析方法。在分析其工作原理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了微力測(cè)量系統(tǒng)的總體性能指標(biāo)體系，從精度、量程、重復(fù)性、穩(wěn)定性四個(gè)方面分析了性能的影響因素。為分析決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵影響因素，引入TRIZ的沖突分析與解決理論，構(gòu)建了系統(tǒng)功能模型，詳細(xì)分析了存在的沖突及根原因。基于此，構(gòu)建了微力測(cè)量系統(tǒng)的性能映射模型，將系統(tǒng)性能映射到了傳力機(jī)構(gòu)、傳感器及誤差補(bǔ)償?shù)葞讉€(gè)部分。
　　

3、（2）針對(duì)原傳力機(jī)構(gòu)易產(chǎn)生耦合位移、抗偏載能力差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了雙平行柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行了力學(xué)性能分析。為了評(píng)價(jià)其導(dǎo)向性能，通過(guò)剛度分析驗(yàn)證其的穩(wěn)定性。在對(duì)柔性梁等效的基礎(chǔ)上，提出了抗橫向偏載和抗側(cè)向偏載能力的評(píng)價(jià)方法，利用有限元方法分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其抗偏載性能及固有頻率的影響，根據(jù)分析結(jié)果建立了優(yōu)化雙平行柔性機(jī)構(gòu)性能的多目標(biāo)優(yōu)化模型，討論了求解方法，對(duì)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的對(duì)比，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。
　?。?）針對(duì)原電容

4、式傳感器保證精度與提高量程的沖突，設(shè)計(jì)了雙極板變極距式電容傳感器，能夠在保證精度的條件下將量程提高一倍。從導(dǎo)向剛度和抗扭剛度等方面對(duì)其進(jìn)行了力學(xué)性能分析，討論了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響，通過(guò)有限元分析，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，并建立了多目標(biāo)優(yōu)化模型對(duì)其性能進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)于電路及控制部分，介紹了雙極板電容傳感器的信號(hào)控制及轉(zhuǎn)換過(guò)程，基于單片機(jī)設(shè)計(jì)了控制電路，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了效果驗(yàn)證。
　　（4）研究了微力測(cè)量系統(tǒng)的耦合誤差補(bǔ)償方