Kapasitiiviset siirtymän nanosensorit on valmistettu mittaamaan äärimmäisissä ympäristöissä

Uusi NanoCeramic (NC) NanoSensor -sarja alkaen Queensgate, Iso-Britannian korkean tarkkuuden nanopaikannustuotteiden valmistaja, tarjoaa nanomittakaavan metrologiaa, joka on räätälöity vaativimpiin tutkimusympäristöihin – yhdistäen ultrahigh-vacuum (UHV) -yhteensopivuuden ja säteilyn kovuuden kryogeeniseen toimintaan korkeisiin lämpötiloihin.

Kontekstiksi Queensgate's NanoSensor tuotevalikoima sisältää vakiintuneen perheen kosketuksettomat sijainninmittausjärjestelmät ( NX sarja) perustuu kapasitanssimikrometrian periaatteeseen. Kaksi anturilevyä – kohde ja anturi – muodostavat rinnakkaislevykondensaattorin, ja levyjen etäisyys mitataan elektronisella säätimellä.

Saatavilla on mittausalueita 20 µm - 1250 µm taajuusvasteilla 20 kHz asti (ihanteellinen tärinän valvontaan ja kohinan havaitsemiseen tarkkuusinstrumenteissa). Lisäksi NX-sarjan nanosensorit takaavat lineaarisuuden 0.02 %:iin asti ja mittausresoluution jopa 7 pm (RMS) – kaikki ei-itselämpenevässä kokoonpanossa ja valituilla malleilla, jotka sopivat UHV-käyttöön jopa 10 asteeseen asti.^-9 Torr.

Tehty mitattavaksi

Perustuu samoihin perusperiaatteisiin NC-sarja edustaa NX-tarjonnan laajennusta ääriolosuhteissa käyttöönotettaviksi – itse asiassa mukautettu NanoSensor-sarja, joka vie UHV-yhteensopivuuden uudelle tasolle (10^-10 Torr) samalla kun se tarjoaa vakaan, luotettavan toiminnan aggressiivisissa säteilyympäristöissä (säteilynkestävällä 10⁷ Gy-kaapelointi) ja laajalla lämpötila-alueella (80 K - 423 K).

"Käytämme sotilas- ja ilmailualan päteviä valmistustekniikoita NC-sarjan valmistuksessa", selittää John Clarke, Queensgaten johtava mekaaninen suunnitteluinsinööri. "Vaikka anturit ovat suurimmaksi osaksi räätälöityjä, NC-tekniikan valmistettavuus on sellainen, että voimme toimittaa useita – ja erittäin vaativia – suorituskykykoordinaatteja pitkin kilpailukykyiseen hintaan."

NC-mittausalijärjestelmän ytimessä ovat kullatut, keraamiset kapasitiiviset anturilevyt (perustuvat tyypillisesti "valkokultaan", platina-kultaseoksesta), kun taas useimmissa malleissa on myös keraaminen lasilasitus, joka suojaa anturipintoja ja estää vahingot oikosulku levyjen välillä. Yhtä tärkeitä ovat NC:n sovelluskohtaiset anturikotelot – ei vähiten, kun halutaan varmistaa vähän lämpölaajenemiskyky. Esimerkiksi Invar-kotelot tarjoavat lämpöstabiilisuutta kryogeenisissä lämpötiloissa (80 K asti); ruostumaton teräs SS316 on ihanteellinen, kun anturin laajennus sovitetaan ruostumattomasta teräksestä valmistettuun rakenteeseen; ja ei-magneettisia alumiinikoteloita käytetään parhaiten sovitettaessa lämpölaajenemista alumiinirakenteisiin.

"Periaatteessa", huomauttaa Clarke, "NC-sarja sisältää joukon materiaalien edistysaskeleita ja innovaatioita yhteensopivuuden varmistamiseksi useiden äärimmäisen ympäristön sovellusten kanssa." Esimerkki: yksi ensimmäisistä NC NanoSensor -ratkaisuista – piikiteen taivutuksen tarkkailemiseksi Bragg-monokromaattorissa synkrotronisädelinjalla – yhdisti 2–5 nm:n mittausresoluution 100:n kanssa. µm:n alue ja toiminta kryogeenisissä lämpötiloissa (noin 80 K).

Vähäkaasupäästöinen rakenne mahdollisti myös käytön UHV-olosuhteissa (jopa 10^-9 Torr), kun taas "säteilyä kestävä" kaapelointi ja keraaminen/metallirakenne varmistivat, että anturi kesti maksimiekvivalentin säteilyannoksen sädelinjassa 143 Gy/h. "Tämä varhainen NC-ratkaisu täytti kaikki ruudut suorituskyvyn kiristämisen suhteen", Clarke lisää.

Kyse on hallinnasta

NC-anturisarjan (ja emo-NX-tuotelinjan) määrittävä ominaisuus on korkealaatuinen digitaalinen ohjauselektroniikka – jossa yhdistyvät hiljainen, 20-bittinen digitaalilähtö ja 50 kHz:n päivitystaajuus osana integroitua mittausjärjestelmää. Siinä on myös pidempi kaapeliasema (verrattuna edellisen sukupolven analogisiin malleihin), jotta digitaalinen lähtö on vähemmän herkkä kohinalle.

"Kaikki tämä tarkoittaa, että loppukäyttäjien on paljon helpompi integroida NC-antureita ohjausjärjestelmäänsä aiheuttamatta kohinaa signaaliin", Clarke selittää. "Muuntaa välittömästi digitaaliseksi tarkoittaa, että loppukäyttäjä voi välittää anturin signaalin digitaalikaapelia pitkin PC:lle, jossa se voidaan analysoida ja syöttää ohjaussilmukkaan."

Muita NC-sarjan teknisiä tietoja ovat korkea lineaarisuus ennen kalibrointia (0.05 % tyypillisesti), neljännen asteen digitaalisesti korjattu kalibrointi lineaarisesti 0.005 %:iin (tyypillinen). Ohjauselektroniikassa on myös plug-and-play-vaihto tai korjaus, kun anturipäihin ei päästä käsiksi – esimerkiksi tyhjiökammion sisällä.

NC-sarja on laajentuva tuotevalikoima. Jos vaadittua mallia ei ole saatavilla, Queensgate valmistaa räätälöityjen eritelmien mukaan vähimmäistilausmäärän kriteerit.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/capacitive-displacement-nanosensors-are-made-to-measure-in-extreme-environments/