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基于应变式传感器的压电陶瓷定位系统设计
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  • 英文篇名:The Design of Detection System Applied in Piezoelectric Ceramic Positioning Based on Strain Gauge Sensor
  • 作者:范青武 ; 徐辽 ; 刘旭东 ; 张恒 ; 张跃飞
  • 英文作者:FAN Qingwu;XU Liao;LIU Xudong;ZHANG Heng;ZHANG Yuefei;Faculty of Information Technology,Beijing University of Technology;Engineering Research Center of Digital Community,Ministry of Education;Institute for Microstructure and Properties of Advanced Materials,Beijing University of Technology;
  • 关键词:应变传感器 ; 微位移检测 ; 数字滤波 ; 压电陶瓷 ; 原子力显微镜
  • 英文关键词:strain gauge sensor;;micro positioning;;displacement detection;;digital filtering piezoelectric ceramic;;atomic force microscope
  • 中文刊名:CGJS
  • 英文刊名:Chinese Journal of Sensors and Actuators
  • 机构:北京工业大学信息学部;数字社区教育部工程研究中心;北京工业大学固体微结构与性能研究所;
  • 出版日期:2018-11-15
  • 出版单位:传感技术学报
  • 年:2018
  • 期:v.31
  • 基金:科技部国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQ03007508);; 国家自然科学基金(21676005)
  • 语种:中文;
  • 页:CGJS201811026
  • 页数:5
  • CN:11
  • ISSN:32-1322/TN
  • 分类号:154-158
摘要
基于压电陶瓷驱动的纳米扫描和定位系统,是原子力显微镜系统的关键部件。设计了基于电阻式应变传感器(SGS)的压电陶瓷微纳米位移定位系统。该系统在硬件上采用仪表放大器对SGS应变信号进行RF滤波、放大、模拟滤波处理得到与压电陶瓷位移变化线性相关的电压信号,该信号由高精度AD采集,并通过控制器输出到上位机软件MATLAB中进行噪声分析、FIR数字滤波去噪、线性度分析。实验结果表明,该位移检测系统输出电压噪声峰峰值小于0.5 m V,输出非线性误差小于0.06%,可实现2 nm的位移分辨率。该定位系统可以应用于原子力显微镜的开发中。
        PZT actuator for nano-positioning and scanning is one of key device in atomic force microscopy. A piezoelectric ceramic nano-positioning system based on strain gauge sensor was designed. In the system,the voltage signal that is linearly related to the change of the piezoelectric ceramic displacement is obtained by using the instrument amplifier to filter,amplify and simulate the SGS strain signal by RF filtering. The voltage signal is collected by high precision AD and analyzed by noise and FIR digital filtering and linear fitting in MATLAB. The experiment results show that the output voltage noise peak value of the circuit is less than 0.5 mV,and the output nonlinear error is less than 0.06%,the displacement resolution of 2 nm can be achieved. Therefore,the designed actuator can be used to atomic force microscopy system.
引文
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