精密电容测微仪自校正技术的研究

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1、摘要(随着科学技术的发展，天文事业、航天技术、计量科学与技术、精密工程、纳米科学技术等领域迫切需要精密和超精密测量系统的研究。特别是现代生产技术的迅猛发展，不但对测量设备的准确度、测量速度、柔性要求更高，而且要求在实际生产过程中进行实时测量，实现在线检测。这对日益增长的各种测试仪器和测量系统的标定和校正也提出了更高的要求，即计量标准传递或测试设备的标定需要在现场进行，从而对现场直接标定和校正方法的研究就非常必要。因此国家自然科学基金委员会专门设立了重点基金项目“现代制造质量的控制、溯源中若干理论问题与技术基础的研究”，进行这方面的研究。＼本文对目前国内外标定

2、技术的现状以及今后的发展方向，进行了深入的研究，对现有典型的校正方法进行了分析；并对具有有效测量面积传感器的精密测微系统的自校正理论进行了详细的论述；完成了精密电容测微系统的自校正，论文的主要工作内容如下：l、回顾了标定和校正技术的发展历史，对目前常用的标定方法进行了论述。2、介绍了纳米科学技术的发展，阐述了纳米精度等级测微系统对标定的特殊要求；从理论上分析了自校正方法的基本工作原理，提出了采用自校正法实现对精密测微系统线性误差的精确校正。3、详细阐述了具有有效测量面积类型传感器，在自校正过程中对微位移比例放大机构的特殊要求：研究了各种位移比例放大机构的工作

3、机理，并分析其对自校正方法的影响；提出了采用比例斜面放大机构实现稳定微位移的比例放大作用，以满足具有有效测量面积型传感器自校正的要求。4、介绍柔性铰链的发展历史和目前应用前景t∞自校正机构采用的柔性铰链建立了力学模型，应用优化设计理论和方法对其设计参数进行了优化；在此基础上对柔性平移机构的力学模型和运动特性进行了理论分析，并对由于加工尺寸误差而引起的机构平移误差进行详细分析寸一5、全面分析压电、电致伸缩微位移驱动器的微位移工作机理及圃有特性≯盼析研究微位移驱动器采用不同驱动方法而引起的压电误差，以及相应的压电误差的补偿方法；针对各种驱动方法设计压电、电致伸缩

4、微位移驱动器的驱动电源。}6、论述电场理论中电轴法的基本原理及其在单极板电容传感器测微系统中的应用：从此基本原理出发，推导了电容传感器与被测实际表面之间的容值计算公式；为电容测微系统在测量实际粗糙表面时，提供精确测量的理论依据。7、在LabVIEw平台上设计模拟实际被测表面的软件，并在此仿真表面的基础上，研究分析单极板电容传感器测微系统在测量实际表面时对测量准确度的影响d得到实际被测表面粗糙度，对不同的传感器有效面积和不同的测量距离影响结果，为进一步提高测量准确度提供了依据。．8、给出了精密电容测微系统采用自校正方法得到的校正结果，达到精确校正的目的；这为具

5、有有效测量面积传感器型的的现场校正和没有更高精度等级基准的情况下，提供了行之有效的校正方法。关健词精密测微系统。柔性平移机构“标定自校正。电轴法原理模拟仿真位移比例放大AbstractWiththedevelopmentofscientifictechn0109y，precisionandsuper—precisionmeasuringsystemareurgentlydemandedtodevelopinthefieldssuchasastronomy，aeronautics，metr0109y，precisionengineering，Nanometer

6、scientifictechnology．Especiallywiththehigh—speeddevelopmentofmodernmanufacturingtechn0109y，theVeracity，measuringspeedandflexibilityofmeasurementequipmentsarenotonlytobemorehighlyrequired，thereal—timeandon—lineinspectionintheprocessofmanufacturingisalsoneeded．Itismoreimportantthatca

7、librationoftheincreasingon一1inetestinginstrumentsormeasuringsystemsandgaugingnormcanbeperfor皿edinthefields，moreover，someequipmentsandgaugeblocksforthecalibrationthemselvesalsoneedtobecalibrated．SoitisnecessarvtodeveloDethedirectcalibratiOnmethodsinthefields．Inordertosolvetheseprobl

8、ems，thekeyproject(No．59735