Dari sumber cahaya sinkrotron hingga misi luar angkasa jangka panjang, spesialis pemosisian nano Queensgate mengincar pasar khusus dan kondisi operasi ekstrem untuk sensor nano seri NC-nya
Seri NanoCeramic (NC) NanoSensor baru dari Gerbang Ratu, produsen spesialis produk pemosisian nano presisi tinggi dari Inggris, menawarkan metrologi skala nano yang dibuat khusus untuk lingkungan penelitian yang paling menuntut – menggabungkan kompatibilitas ultrahigh-vacuum (UHV) dan kekerasan radiasi dengan operasi pada cryogenic hingga suhu tinggi.
Untuk konteksnya, Queensgate's Portofolio produk NanoSensor terdiri dari keluarga mapan sistem pengukuran posisi non-kontak (the Seri NX) berdasarkan prinsip mikrometri kapasitansi. Dua pelat sensor - target dan probe - membentuk kapasitor pelat paralel, dengan jarak pelat diukur menggunakan pengontrol elektronik.
Rentang pengukuran dari 20 µm hingga 1250 µm tersedia dengan respons frekuensi hingga 20 kHz (ideal untuk pemantauan getaran dan deteksi kebisingan dalam instrumentasi presisi). Terlebih lagi, NanoSensors seri NX memastikan linearitas hingga 0.02% dan resolusi pengukuran serendah 7 malam (RMS) – semuanya dalam rakitan non-pemanas otomatis dan dengan desain pilihan yang cocok untuk pengoperasian UHV hingga 10-9 Tor.
Dibuat untuk mengukur
Berdasarkan prinsip dasar yang sama, the seri NC merupakan perpanjangan dari penawaran NX untuk penerapan dalam kondisi ekstrem – pada dasarnya, jajaran NanoSensors khusus yang membawa kompatibilitas UHV ke level berikutnya (10-10 Torr) sambil memberikan operasi yang stabil dan andal di lingkungan radiasi yang agresif (dengan pengerasan radiasi 107 kabel Gy) dan rentang suhu yang luas (dari 80 K hingga 423 K).
“Kami menggunakan teknik manufaktur yang memenuhi syarat militer dan kedirgantaraan untuk memproduksi seri NC,” jelas John Clarke, insinyur desain mekanik utama di Queensgate. “Meskipun sensor, sebagian besar, adalah desain khusus, manufakturabilitas teknologi NC sedemikian rupa sehingga kami dapat memberikan banyak – dan sangat tepat – koordinat kinerja pada titik harga yang kompetitif.”
Inti dari subsistem pengukuran NC adalah pelat sensor kapasitif keramik berlapis emas (biasanya didasarkan pada "emas putih", paduan platinum-emas), sementara sebagian besar model juga menyertakan glasir kaca keramik untuk melindungi permukaan sensor dan mencegah kecelakaan. korslet antara pelat. Yang tak kalah pentingnya adalah housing sensor khusus aplikasi NC – paling tidak untuk memastikan desain ekspansi termal rendah. Rumah Invar, misalnya, memberikan stabilitas termal pada suhu kriogenik (hingga 80 K); baja tahan karat SS316 sangat ideal saat mencocokkan ekspansi sensor dengan struktur baja tahan karat; dan rumah aluminium non-magnetik paling baik digunakan saat mencocokkan ekspansi termal dengan struktur aluminium.
“Pada dasarnya,” catat Clarke, “seri NC terdiri dari paket kemajuan material dan inovasi untuk memastikan kompatibilitas di berbagai aplikasi lingkungan ekstrem.” Contoh kasus: salah satu penerapan NC NanoSensor pertama – untuk memantau pembengkokan kristal silikon dalam monokromator Bragg pada garis sinar sinkrotron – menggabungkan resolusi pengukuran 2–5 nm dengan 100 µm jangkauan dan operasi pada suhu cryogenic (sekitar 80 K).
Konstruksi low-outgassing juga memungkinkan penyebaran di bawah kondisi UHV (hingga 10-9 Torr), sementara pemasangan kabel dan konstruksi keramik/logam “radiasi keras” memastikan sensor dapat menahan dosis radiasi ekuivalen maksimum dalam garis pancaran 143 Gy/jam. “Solusi NC awal ini mencentang semua kotak dalam hal mendorong amplop kinerja,” tambah Clarke.
Ini semua tentang kontrol
Fitur yang menentukan dari seri sensor NC (dan lini produk induk NX) adalah elektronik kontrol digital berkualitas tinggi – menggabungkan noise rendah, output digital 20-bit, dan kecepatan pembaruan 50 kHz sebagai bagian dari sistem pengukuran terintegrasi. Ada juga kemampuan penggerak kabel yang lebih panjang (dibandingkan model analog generasi sebelumnya) untuk memastikan output digital kurang sensitif terhadap peningkatan kebisingan.
“Semua itu berarti jauh lebih mudah bagi pengguna akhir untuk mengintegrasikan sensor NC ke dalam sistem kontrol mereka tanpa menimbulkan noise pada sinyal,” jelas Clarke. “Mengubah ke digital secara langsung berarti pengguna akhir dapat meneruskan sinyal sensor melalui kabel digital ke PC, di mana sinyal tersebut dapat dianalisis dan dimasukkan ke loop kontrol.”
Spesifikasi lain dari seri NC termasuk output linearitas tinggi sebelum kalibrasi (tipikal 0.05%), dengan kalibrasi linear koreksi digital orde keempat menjadi 0.005% (tipikal). Ada juga pertukaran plug-and-play atau perbaikan elektronik kontrol ketika kepala sensor tidak dapat diakses – misalnya, di dalam ruang vakum.
Seri NC adalah lini produk yang berkembang. Jika model yang diperlukan tidak tersedia, Queensgate akan memproduksi sesuai spesifikasi khusus yang tunduk pada kriteria kuantitas pesanan minimum.
