微机电系统（MEMS）中超微质量检测研究

摘要

本文在分析现有微质量测量方法的基础上，提出了超微质量测量方法的设计思路，大胆采用高精度高回转度的微气动静压轴承作为超微质量转换装置的主轴，并结合激光三角测量方法将微小偏转角转换成微弱电信号，然后采用测量电路对微弱电信号进行采集放大、模数转换、运算及数模转换等处理，处理后的信号经过功率放大后输出到采用压电微执行器的反馈执行机构，从而构成一个闭环测量系统，有效地降低测量系统对各个测量环节地精度要求，提高系统整体的精度和稳定性。根据该设计思路，本文提出了系统总体方案，并对方案中采用的关键技术进行了具体的分析；其次建立了系统的数学模型，并采用MATLAB/SIMULINK建立了系统的动力学仿真模型，用仿真的方法分析了系统总体方案的可行性；最后制作了模拟超微质量转换装置偏转的实验装置，并采用激光三角测量装置和测量电路对偏转角进行了测试，实验结果合理可靠。实验证明系统总体方案具有可行性，也即本文提出的超微质量检测方法是可行的。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1.微机电系统(MEMS)的定义与国内外发展现状

1.2.微量和超微量测量技术分析

1.2.1.石英晶体微天平

1.2.2.电磁力平衡式电子天平

1.3.选题意义和来源

1.4.课题的技术难点和主要研究工作

第二章检测系统设计方案及关键技术

2.1.设计要求与主要技术指标

2.2.检测系统设计方案

2.2.1.设计思路

2.2.2.检测系统的组成与工作原理及过程

2.3.系统关键技术分析

2.3.1.微气动静压轴承和超微质量转换装置

2.3.2.微角位移测量技术

2.3.3.反馈执行机构

2.4.小结

第三章检测系统建模与仿真分析

3.1.检测系统的数学模型

3.2.系统动态分析与仿真实验

3.2.1.检测系统测量原理

3.2.2.调节策略选择

3.2.3.检测系统闭环传递函数

3.2.4.检测系统优化设计

3.2.5.本系统优化设计及建立仿真模型

3.2.6.仿真结果分析

3.3.小结

第四章检测系统硬件电路设计与分析

4.1测量电路的设计

4.2四象限光电探测器与光电测量

4.2.1.器件原理及特点

4.2.2.器件技术指标

4.2.3.光电测量

4.3放大电路与数据采集

4.3.1.放大电路

4.3.2.A/D转换器与数据采集电路

4.4反馈电路设计

4.5显示电路设计

4.6小结

第五章检测系统软件设计

5.1检测系统软件设计流程

5.2数据采集程序设计

5.3 PID调节程序设计

5.4 D/A转换程序设计

5.5小结

第六章实验与分析

6.1实验目的

6.2设计实现的测量电路实物装置

6.3实验装置

6.4实验过程及测试结果

6.5误差分析

6.6小结

结论

攻读硕士学位期间发表论文

独创性声明

致谢

参考文献

附录1：电路原理图

附录2：主要程序清单