电容式位移纳米传感器可在极端环境下进行测量

新的 NanoCeramic (NC) NanoSensor 系列来自 昆斯盖特，一家专业的英国高精度纳米定位产品制造商，提供专为最苛刻的研究环境量身定制的纳米级计量——将超高真空 (UHV) 兼容性和辐射硬度与低温到高温下的操作相结合。

对于上下文，Queensgate's 纳米传感器产品组合 包括一个已建立的非接触式位置测量系统系列（ NX系列) 基于电容测微原理。 两个传感器板——一个目标和一个探针——形成一个平行板电容器，板的间距使用电子控制器测量。

测量范围从 20 µm 到 1250 µm，频率响应高达 20 kHz（非常适合精密仪器中的振动监测和噪声检测）。 此外，NX 系列 NanoSensors 可确保低至 0.02% 的线性度和低至 7 pm (RMS) 的测量分辨率——所有这些都在非自热组件中，并采用适用于低至 10 的 UHV 操作的精选设计^-9 r

量身定做

基于相同的基本原则， 数控系列 代表在极端条件下部署的 NX 产品的扩展——实际上，定制的 NanoSensors 系列将 UHV 兼容性提升到一个新的水平 (10^-10 托），同时在侵蚀性辐射环境中提供稳定、可靠的操作（具有抗辐射 10⁷ Gy 电缆）和宽温度范围（从 80 K 到 423 K）。

“我们使用符合军用和航空航天标准的制造技术来生产 NC 系列，”Queensgate 的首席机械设计工程师 John Clarke 解释说。 “虽然传感器在很大程度上是定制设计，但 NC 技术的可制造性使我们能够以具有竞争力的价格提供多种且非常精确的性能坐标。”

NC 测量子系统的核心是镀金陶瓷电容传感器板（通常基于“白金”，一种铂金合金），而大多数型号还包括玻璃陶瓷釉以保护传感器表面并防止意外板之间短路。 同样重要的是 NC 的专用传感器外壳——尤其是在确保低热膨胀设计方面。 例如，殷钢外壳可在低温（低至 80 K）下提供热稳定性； 不锈钢 SS316 是将传感器的扩展部分与不锈钢结构相匹配的理想选择； 当热膨胀与铝结构相匹配时，最好使用非磁性铝外壳。

“从根本上说，”Clarke 指出，“NC 系列包含一系列材料进步和创新，以确保在各种极端环境应用中的兼容性。” 一个恰当的例子：第一个 NC NanoSensor 部署——监测同步加速器光束线上布拉格单色器中的硅晶体弯曲——结合了 2–5 nm 的测量分辨率和 100 µm 范围和低温操作（约 80 K）。

低释气结构还支持在 UHV 条件下部署（低至 10^-9 托），而“抗辐射”布线和陶瓷/金属结构确保传感器能够承受 143 Gy/hr 光束线内的最大等效辐射剂量。 “这个早期的 NC 解决方案在推动性能极限方面符合所有条件，”Clarke 补充道。

一切都是为了控制

NC 传感器系列（及其父 NX 产品线）的一个决定性特征是高质量的数字控制电子设备——将低噪声、20 位数字输出和 50 kHz 更新率结合为集成测量系统的一部分。 还有更长的电缆驱动能力（与上一代模拟型号相比），以确保数字输出对噪声拾取不太敏感。

“所有这些都意味着最终用户可以更轻松地将 NC 传感器集成到他们的控制系统中，而不会在信号中引入噪声，”Clarke 解释道。 “直接转换为数字意味着最终用户可以将传感器信号通过数字电缆传输到 PC，在那里可以对其进行分析并输入控制回路。”

NC 系列的其他规格包括校准前的高线性度输出（典型值 0.05%），四阶数字校正校准线性度为 0.005%（典型值）。 当无法接近传感器头时（例如，在真空室内），还可以即插即用地更换或维修控制电子设备。

NC 系列是一个不断扩大的产品线。 如果所需型号不可用，Queensgate 将按照最低订货量标准制造定制规格。