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納米位移臺的主要組成部分及其分類（三）
發布時間 : 2023-02-16 13:31:55
納米位移臺的主要組成部分
納米位移臺作為微觀領域內常用的機械機構，已經有了一套成熟系統。其中主要包括驅動控制機構、導向機構和檢測裝置。之前帶大家了解了驅動控制機構和導向機構（回顧戳這里→驅動控制機構/導向機構），今天就帶大家了解一下檢測裝置。
檢測裝置
在微納定位系統中比較常用的檢測裝置有電容式位移傳感器、差動變壓器式位移傳感器、光柵尺和激光干涉儀等。
①電容式位移傳感器
電容式位移傳感器由動靜極板組成，當動靜極板之間發生相對的機械位移時，電容量會隨之發生改變，電容改變量即可反映機械位移量的變化。電容式位移傳感器的優點是可以實現非接觸式測量，結構簡單、體積小、響應快、分辨率高（可達納米級），在微納檢測領域得到了廣泛應用。
②差動變壓器式位移傳感器
差動變壓器式位移傳感器利用電磁感應中的互感現象進行信號轉換，將被測位移轉化為線圈互感的變化，從而輸出交流電壓量。其幅值與鐵芯的位移成正比，其相位反映位移方向，差動變壓器式位移傳感器的優點是使用方便，線性范圍大，穩定性好，測量精度較高。缺點是測量頻率上限受到其機械部分固有頻率的限制，且一般是接觸式測量。
③光柵尺
光柵尺由光源、標尺光柵、指示光柵、透鏡及光敏元件等組成。機械位移的測量根據指示光柵與標尺光柵形成的莫爾條紋信息來實現。光柵尺位移傳感器的優點是量程廣、響應快，測量精度高、無磨損，分辨率可達幾十個納米。缺點是對環境要求較高，需要嚴格的防塵防污。
④激光干涉儀
激光干涉儀是以及波長為已知長度，利用光的干涉原理來測量位移的裝置。在長度測量中最常用的是邁克爾遜雙光束干涉系統。激光干涉儀的測量精度高，分辨率可達亞納米級別，常用于精密機械和儀器的校準，但其結構龐大，價格昂貴。
適當的控制方法和控制算法對保證微納米定位系統的精度有重要意義。常用于微納米定位系統中的微驅動器，如電致伸縮驅動器和壓電陶瓷驅動器，都有明顯的非線性和遲滯特性。開環控制不能達到很高的定位精度，帶有反饋的閉環控制，則可以顯著提高定位的精度。在控制算法上，除傳統的PID控制算法外，還出現了神經網絡算法、模糊算法、自適應算法和遺傳算法等，也有學者將其中的兩種或幾種算法結合起來進行負荷控制。
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納米位移臺的主要組成部分及其分類（二）
納米位移臺的主要組成部分及其分類（一）
發布時間 : 2023-02-03 10:01:14
納米位移臺的主要組成部分
納米位移臺作為微觀領域內常用的機械機構，已經有了一套成熟系統。其中主要包括驅動控制機構、導向機構和檢測裝置。今天就帶大家了解一下幾類主流驅動控制機構。
微位移驅動器
微位移驅動器是微納定位平臺系統的關鍵部分。驅動器的特性和精度對定位平臺系統的性能有著重要影響。目前主要有以下幾種微位移驅動器：
①形狀記憶合金驅動器
形狀記憶合金驅動器（Shape Memory Alloy Actuator）的內在相變可引發形狀改變，從而產生的位移或力來作為驅動源。根據相變誘發原因的不同，可分為應力誘發的偽彈性行為和溫度誘發的形狀記憶效應。形狀基合金驅動器的優點是做功密度大，可恢復應變大。變形回復應力大，良好的生物相容性，無噪聲，缺點是能耗高，不易控制，頻響非常低，不宜用在需要快速定位的場合。
②靜電驅動器
靜電驅動器（Electrostatic Actuator）有兩個不同電荷的傳導極板，將一定電壓施加在兩極板之間，可產生極板間的牽引力。從而使傳導極板發生位移。經典執行器的優點在于形式相對簡單、易與微電子工藝集成；缺點是若需要提供較大的牽引力則需要非常高的外部電壓，對工作環境要求高，粉塵等對驅動器有較大影響。
③電致伸縮驅動器
電致伸縮驅動器（Electrostritive Actuator）的微位移原理是電致伸縮效應，即在電場作用下產生的驅動器的應變與電場強度的平方成正比。電致伸縮驅動器的優點是體積小、結構緊湊、易于控制；缺點是溫漂系數較大，低電壓段和高電壓點的位移分辨率不一致，存在遲滯、非線性和蠕變。
④超磁致伸縮驅動器
超磁致伸縮驅動器（Giant Magnetostrictive Actuator）是利用磁致伸縮材料的縱向磁彈性變化來實現微驅動。超磁致伸縮驅動器的優點是輸出位移大、響應速度快、頻響寬、驅動電壓低、驅動力強；缺點是定位精度受溫度影響較大，并存在遲滯非線性。
⑤壓電陶瓷驅動器
壓電陶瓷驅動器（Piezoelectric Ceramic Actuator）是利用利壓電逆效應來實現為驅動的，即在壓電陶瓷體上施加一個與極化方向相同的電場，陶瓷體將會伸長。壓電陶瓷驅動器因具有位移分辨率高、結構簡單、發熱小、體積小、剛度高、響應速度快、不受磁場干擾、無摩擦、不需潤滑等優點被廣泛的應用于微納定位系統中。但壓電陶瓷驅動器也存在位移伸長量小，不能承受拉力和扭力，有遲滯非線性和蠕變等缺點。在實際應用中，需要設計放大機構，選擇合適的壓電陶瓷驅動器安裝方式，以及采取一定驅動器建模和控制方法來減小上述缺點帶來的不利影響，提高定位精度。
下期將繼續為大家分享導向機構及其主要類別，敬請期待。更多行業資訊及產品信息，請持續關注三英精控或來電咨詢。
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常用高精度位移傳感器的種類——第二部分
發布時間 : 2023-02-01 09:54:13
在之前的文章里，已經介紹了激光位移傳感器、電容傳感器、電渦流傳感器和電感位移傳感器（沒看過可以戳這里→常用高精度位移傳感器的種類與應用），接下來我們繼續介紹位移傳感器：
拉繩位移傳感器
拉繩位移傳感器使用一種高度靈活的鋼繩測量線性運動。鋼繩鼓輪與傳感器電子元件相連接，后者將位移量轉換成線性信號輸出。測量以高精度和高動態進行。高質量的組件確保了較長的使用壽命和較高的運行可靠性。?
拉繩位移傳感器可用于汽車工業避震器變形檢測、醫用X光機定位測量、手術室專用全自動可調節病床、工程叉車測量負載高度、風機葉片變形測量、CT機床身移動測量、飛機機翼應力變形測量等。
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光幕千分尺傳感器
主要是由發光器和接收器組成，發射器和接收器通電后，會產生平行光幕，該光幕通過透鏡布置傳送到接收單元。如果光路中有物體，光束就會中斷。由這個產生的陰影對象被接收光學系統記錄并輸出為幾何值。?
光幕千分尺傳感器凸輪軸輪廓測量、測量玻璃間隙檢測、塑料薄膜厚度檢測、自動化產線精密滑輪尺寸檢測、高速流程中產品檢測、汽車軸瓦安裝檢測、隱形眼鏡外形測量等。
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激光時差式測距傳感器
激光時差式測距傳感器是利用調制激光的某個參數實現對目標的距離測量的儀器，測量范圍為3.5~5000米。按照測距方法分為相位法測距儀和脈沖法測距儀。相位法激光測距儀是利用檢測發射光和反射光在空間中傳播時發生的相位差來檢測距離的。脈沖式激光測距儀是在工作時向目標射出一束或一序列短暫的脈沖激光束，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離。?
激光時差式測距傳感器可用于飛行器高度測量、港口大型機械定位、建筑物沉降幅度測量、鐵軌傳送帶支架間距測量、船舶船體總體振動檢測、船載柴油發動機機架抗沖擊試驗等。
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磁感應式位移傳感器
磁感應式位移傳感器集合了電感式位移傳感器和磁位移傳感器的優勢。磁感應式位移傳感器常被用于替代電感式位移傳感器和接近開關，用于自動化過程控制，包裝工業和設備監控。一片磁鐵被固定于被測物表面，傳感器就可以輸出連續，線性測量信號。隨著不同強度磁片被使用，測量量程可以從20mm到55mm。但是，為了改變量程，僅需要改變磁片即可實現。
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納米位移臺在原子力顯微鏡中的作用
發布時間 : 2023-01-29 09:01:01
關于原子力顯微鏡
納米科技在現代社會發展中起著越來越重要的作用，納米科技的發展離不開高分辨表面分析工具的發展，原子力顯微鏡憑借其超高分辨率成為研究納米科技的有力工具在各領域有著廣泛應用，其不僅可以用于物質表面結構、表面摩擦學和材料力學、電學性能的研究，還可以用于原子操縱、物質的納米級加工等。納米位移臺是原子力顯微鏡的核心部件，其性能直接決定了原子力顯微鏡的分辨率性能。
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原子力顯微鏡工作原理
原子力顯微鏡的工作原理如下圖所示，當探針尖端與樣品表面間的距離達到一定時會引起原子力的變化，在相互作用力的影響下懸臂發生偏轉，通過光電檢測器將懸臂的偏轉信息由光信號轉換為電信號，經過反饋電路，將此電信號與預期值進行對比，控制壓電陶瓷掃描器運動，記錄壓電陶瓷在Z向的位移值，結合壓電陶瓷掃描器XY方向的運動，可以得到樣品的表面形貌圖。
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原子力顯微鏡的工作原理示意圖
由AFM工作原理、探針與樣品間的相互作用力及掃描方式可知，當AFM探針針尖與待測樣品表面的距離達到納米級時，懸臂探針與樣品表面原子之間才能產生穩定的原子力，用于探測樣品表面的形貌。
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三英精控相關產品
三英開發的納米位移臺借助于具有無限分辨率的壓電陶瓷驅動器及柔性鉸鏈無摩擦的特點，使其具有線性度好、分辨率高、掃描速度快等特點，已良好的應用于原子力顯微鏡了。
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