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微纳米科学技术的重要性,已经在全世界范围内取得了广泛的共识。微纳米科学技术现已成为重要的前沿科学。人们在对微纳米世界的认识与改造中,需要借助一系列的工具。其中使用到的最典型的工具是显微镜。然而,目前多数显微镜工作台仍是采用机械式结构,分辨率很难达到微纳米级,这样就大大限制了微纳米科学技术的发展。迫切要求一种新型微动工作台,满足微纳米科学的研究需要。
本文设计并加工了一种基于柔性铰链、机械放大式结构的二维微动工作台。利用Pro/Engineer4.0软件对其进行三维实体建模,而后用有限元分析软件ANSYS对其进行分析。
设计并制作了光纤位移传感器。采用了硅光电池对光纤传感器输出信号进行检测。信号经I/V转换电路、放大电路、信号处理电路调理后,输入微处理器STM32F103ZET6的A/D通道,以实现测量系统的闭环控制。利用操作按键和液晶显示对微动工作台的输出位移量进行调整和读数。
软件是在KEILMDK环境下用C语言编写的。采用软件方法对输出位移测量值进行均值滤波处理,之后转换成位移值供液晶显示。输出位移的调整,是由键盘输入位移值后,转换成对应的模拟量经D/A输出,来调整压电陶瓷驱动电源的输出电压,从而改变工作台的输出位移,直到满足需求的位移量。
设计并研究了光纤位移传感器和微动工作台的标定实验。根据实验数据对比选择了最佳的系统方案。结果表明二维工作台定位系统Y方向可以达到量程180μm的位移输出。本论文的研究工作为微/纳米级视觉坐标测量方法的研究提供了可靠基础。