[發(fā)明專利]接觸或非接觸復合原理納米傳感方法與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810907221.5
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN109187640B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 崔俊寧;邊星元;陸葉盛;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種接觸或非接觸復合原理納米傳感方法，其特征在于：所述方法采用接觸或非接觸復合原理納米傳感裝置進行，所述納米傳感裝置包括復合原理測頭（1）、復合原理信號處理系統(tǒng)（2）、測頭姿態(tài)調整機構（3）、防撞安全保護機構（4）、測量驅動機構（5）；所述復合原理測頭（1）由微測球（6）、信號傳輸機構（7）、屏蔽機構（8）、裝卡機構（9）、信號連接器（10）、絕緣部件（18）、柔性懸掛機構（19）、彈性傳遞機構（20）、敏感單元（21）和信號線（22）構成，所述微測球（6）與信號傳輸機構（7）的下端相連接，信號傳輸機構（7）的上端通過信號線（22）與信號連接器（10）相連，信號傳輸機構（7）的主體位于屏蔽機構（8）中，屏蔽機構（8）裝配在彈性傳遞機構（20）上，彈性傳遞機構（20）通過柔性懸掛機構（19）與裝卡機構（9）下端連接，在屏蔽機構（8）內配裝絕緣部件（18），敏感單元（21）固定在裝卡機構（9）內側上表面上，且與彈性傳遞機構（20）間留有間隙，信號連接器（10）的一端與敏感單元（21）連接，屏蔽機構（8）、裝卡機構（9）和信號連接器（10）的外殼與信號傳輸電纜（11）的屏蔽層無縫連接；所述復合原理信號處理系統(tǒng)（2）由偏置電場發(fā)生系統(tǒng)（12）、復合原理信號檢測系統(tǒng)（13）、限流單元（14）、通信電纜（16）和儀器主控計算機（17）構成，所述偏置電場發(fā)生系統(tǒng)（12）和復合原理信號檢測系統(tǒng)（13）通過通信電纜（16）分別與儀器主控計算機（17）連接；復合原理測頭（1）的信號連接器（10）、限流單元（14）、復合原理信號檢測系統(tǒng)（13）、偏置電場發(fā)生系統(tǒng)（12）、被測件（15）通過信號傳輸電纜（11）依次串接，構成傳感信號檢測回路；復合原理測頭（1）裝配在所述測頭姿態(tài)調整機構（3）上，所述測頭姿態(tài)調整機構（3）與所述防撞安全保護機構（4）固定裝配，測量驅動機構（5）安裝在防撞安全保護機構（4）或被測件（15）上；

所述傳感方法包括以下步驟：

① 采用測頭姿態(tài)調整機構對復合原理測頭相對被測件的姿態(tài)進行調整，使復合原理測頭進入瞄準姿態(tài)；再用測量驅動機構驅動復合原理測頭或被測件，在兩者之間的相對距離進入工作區(qū)間后，測量驅動機構停止驅動；

②A、當被測件為導體時，采用非接觸式傳感：首先控制測量驅動機構使微測球和被測件的瞄準間隙進入量子隧穿原理的工作區(qū)間內，然后采用量子隧穿傳感原理進行傳感，采用偏置電場發(fā)生系統(tǒng)產生偏置電壓加載在微測球和被測件之間形成偏置電場，爾后通過對偏置電場的調整和控制，使微測球和被測件之間發(fā)生三維量子隧穿效應，將微測球與被測件之間的瞄準間隙轉化為傳感信號，采用復合原理信號檢測系統(tǒng)對該信號進行檢測和處理，根據(jù)瞄準間隙和傳感信號之間對應關系的模型，以納米分辨力提取微測球和被測件之間的瞄準間隙信息，實現(xiàn)三維、納米分辨力傳感與測量；B、當被測件為非導體時，采用接觸探測原理進行傳感：測量驅動機構驅動復合原理測頭或被測件至微測球接觸被測件，此后微測球的位移轉換為柔性懸掛機構的變形，該變形通過彈性傳遞機構傳遞至敏感單元，敏感單元將位移信號轉換為傳感信號，采用復合原理信號檢測系統(tǒng)對該傳感信號進行檢測和處理。

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述微測球（6）采用不銹鋼或碳化鎢材料制成，球體表面鍍金或鉑材料薄膜。

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述微測球（6）直徑在?1μm~?1mm范圍內。

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述測頭姿態(tài)調整機構（3）為二維柔性鉸鏈、二維氣浮軸承或氣浮球軸承結構。

5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述屏蔽機構（8）和所述信號傳輸電纜（11）均為多同軸結構。

6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述柔性懸掛機構（19）采用鈹青銅或彈簧鋼材料制成。