CN2586131Y - 基于高精度电感测头的逐级递推式纳米级测量系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于高精度电感测头的逐级递推式纳米级测量系统，包括控制部分，还包括：铁心(9)放置在线圈(10)和(8)之间；测杆(7)，其一端连接铁心(9)，另一端连接测杆触头(5)；微进给装置(6)位于测杆(7)之间，根据被测物体(4)的微小位移量提供进给量。本实用新型针对微位移测量采用逐级递推方式进行分步推进，一方面使纳米级测量易于实现，另一方面使整个测量系统具有较大的测量范围。因此，纳米级进给装置决定了该测量系统具有较高的测量精度。该测量系统采用接触方式测量，因此本系统适合准静态的微位移测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及纳米级测量系统，特别涉及基于高精度电感测头的逐级递推式纳米级测量系统。
背景技术
纳米测量是一门综合性的交叉学科，近几年发展的有关纳米测量方面技术尽管种类繁多，但成熟技术主要归为四类：扫描探针显微技术、光学干涉显微技术、扫描X射线干涉技术、基于F-D标准具的测微技术。扫描探针显微技术，如扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、光子扫描隧道显微镜(PSTM)等，它们共同特点是对测量物有一定的要求，且只能给出纳米级分辨率而不能给出表面结构准确的纳米尺寸；光学干涉显微技术和基于F-D标准具的测微技术，虽然测量精度高，但测量系统结构复杂、制造要求严格、调整难度大；扫描X射线干涉技术以硅作为线性标度，主要采取X射线干涉法和光学干涉法相结合加以实现，由于X射线波长的不确定性，其准确度有限。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于高精度电感测头的逐级递推式纳米级测量系统。
为实现上述目的，一种基于高精度电感测头的逐级递推式纳米级测量系统，包括控制部分，还包括：
铁心9放置在线圈10和8之间；
测杆7，其一端连接铁心9，另一端连接测杆触头5；
微进给装置6位于测杆7之间，根据被测物体4的微小位移量提供进给量。
本实用新型针对微位移测量采用逐级递推方式进行分步推进，一方面使纳米级测量易于实现，另一方面使整个测量系统具有较大的测量范围。第一级为手动调节，调整铁芯的位置，使铁芯处在电感L1和L2的正中。因这一级要求达到的精度不高，操作并不困难。第二级和第三级都为自动调节，对不同测量段能够实现无缝对接，相当于量程能够自动切换。特别是最后一级，通过对微进给装置的纳米级补偿控制实现纳米级测量，因此，纳米级进给装置决定了该测量系统具有较高的测量精度。该测量系统采用接触方式测量，因此本系统适合准静态的微位移测量。
附图说明
图1是基于高精度电感测头的逐级递推式纳米级测量系统结构图；
图2是具有微进给装置的高精度电感测头结构图；
图3是高精度电感测头的桥路原理图。
具体实施方式
如图2和图3所示，高精度电感测头采用差动方式，测头内有二个线圈10、8，即L1、L2，铁芯9放在线圈中间。铁芯9、测杆7、微进给装置6、测杆触头5连成一体，且保证被测物体4与电感测头5接触良好。假若不考虑微进给装置6的微小变化，当被测物体4的位移微小变化时，将引起铁芯9的上下移动，因线圈L1和L2中间的磁场分布是均匀的，铁芯9移动将引起两个线圈L1和L2电感变化，变化量相等，但符号相反。电桥电路在稳频稳幅的标准正弦波1激励下，电感变化量转换为电压变化量3输出，该变化的正弦信号经过交流放大、带通滤波后到达采样保持器，为保证时序的统一，标准正弦信号的另二路分别控制采样保持和A/D，从而实现正弦信号的峰峰值采样。由于标准正弦信号的频率是单一的、稳定的，有用信号只需保留该频率成份，因此，所设计的带通滤波器中心频率fo应等于标准正弦信号频率，带通范围△f越小，抗干扰能力越强。
逐级递推式纳米级测量系统分为三级，每前进一级测量精度都得到不同程度的提高。第一级为粗调整，也称手动调整。高精度电感测头固定在基座上，通过手动调整铁芯与电感L1、L2的相对位置，努力使铁芯处在正中，即两线圈交接处附近，这样既能保证量程，又能保证线性度。允许的误差可以通过键盘加以设定，调整结果在显示屏中显示。第二级为自动调整，通过单片机对桥路中数字电位器2的调整，使输出电压uo尽可能小，从而增大后续电路的放大倍数，提高分辨率，另外，通过对数字电位器的调节，实现不同测量段的无缝对接，因而增大测量范围。第三级为纳米级自动调整。当位移发生纳米级变化时，信号经前置放大、带通滤波、采样保持后到比较器，根据比较结果适当增加或者减少D/A值，经驱动后改变微进给装置的进给量，目的是补偿被测物体位移量的微小变化，使电感测头的输出信号保持不变。如果补偿没达到要求，则继续闭环控制，直到最后的误差在允许的范围内为止，此时的D/A输出量，可以转换为微进给装置的补偿量，而此补偿量就是被测物体的微位移量。由于微进给机构的进给精度选用纳米级，因此测量系统的检测精度也能达到纳米级。检测精度主要取决于差动式电感测头的灵敏度、D/A的位数、微进给机构的进给精度等，另外通过增大铁芯直径或者长度，以及提高铁芯的磁导率，都能加强电感测头的灵敏度。
Claims (3)
1.一种基于高精度电感测头的逐级递推式纳米级测量系统，包括控制部分，其特征在于还包括：
铁心(9)放置在线圈(10)和(8)之间；
测杆(7)，其一端连接铁心(9)，另一端连接测杆触头(5)；
微进给装置(6)位于测杆(7)之间，根据被测物体(4)的微小位移量提供进给量。
2.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述的铁心(9)、测杆(7)、微进给装置(6)、测杆触头(5)制成一体。
3.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述的数字电位器(2)放在与线圈(10)和(8)并联的二个电阻中间，与电阻一起构成桥路中的二个臂。
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| CN 02292711 CN2586131Y (zh) | 2002-12-13 | 2002-12-13 | 基于高精度电感测头的逐级递推式纳米级测量系统 |
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| CN2586131Y true CN2586131Y (zh) | 2003-11-12 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102591368A (zh) * | 2012-03-15 | 2012-07-18 | 无锡瑞迪声科技有限公司 | 一种防干扰的精密纳米位移触发器 |
| CN104748658A (zh) * | 2013-12-31 | 2015-07-01 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 探针卡针尖端损耗量的自动测量方法及仪器 |
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2002
- 2002-12-13 CN CN 02292711 patent/CN2586131Y/zh not_active Expired - Lifetime
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