Принципы нанометрологии, страница 16

PDF-файл Принципы нанометрологии, страница 16 Метрология, стандартизация и сертификация (МСиС) (13062): Книга - 11 семестр (3 семестр магистратуры)Принципы нанометрологии: Метрология, стандартизация и сертификация (МСиС) - PDF, страница 16 (13062) - СтудИзба2017-12-21СтудИзба

Описание файла

PDF-файл из архива "Принципы нанометрологии", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "метрология, стандартизация и сертификация (мсис)" из 11 семестр (3 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "метрологическое обеспечение инновационных технологий" в общих файлах.

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст 16 страницы из PDF

Thesymmetrical tetrahedral structure of Tetraform can be seen in Figure 3.5.Calculations and experimental results showed that the Tetraform isextremely well compensated for thermal and mechanical fluctuations.3.9 Vibration isolationMost precision measuring instruments require some form of isolation fromexternal and internal mechanical excitations.

Where sub-nanometre accuracy is required it is essential that seismic and sonic vibration is suppressed.This section will discuss some of the issues that need to be considered whentrying to isolate a measuring instrument from vibration. The measurementof vibration is discussed in [27] and vibration spectrum analysis is reviewedin [28].3.9.1 Sources of vibrationDifferent physical influences contribute to different frequency bands in theseismic vibration spectrum, a summary of which is shown in Table 3.1 anddiscussed in [27].4748C H A P T ER 3 : Precision measurement instrumentation – some design principlesTable 3.1Sources of seismic vibration and corresponding frequencies [27]Frequency/mHzCause of vibration< 5050 to 500Atmospheric pressure fluctuationsOcean waves (60 mHz to 90 mHz fundamentalocean wave frequency)Wind-blown vegetation and human activity> 100Figure 3.6 shows measured vertical amplitude spectral densities for a vibrationally ‘noisy’ and a vibrationally ‘quiet’ area [29].

Note that the spectrumbelow 0.1 Hz is limited by the seismometer’s internal noise. The solid curverepresents the vibration spectrum on the campus of the University of Colorado,Boulder. The dashed curve is that from the NIST site. The ‘quiet’ NIST laboratory is small, remote and separated from the main complex. In addition, allfans and machinery were turned off during the measurements at the NISTsite.Most of the increased vibration in the solid line above 10 Hz in Figure 3.6can be attributed to human activity and machinery.

The low-frequency peakin the dashed line can be attributed to naturally occurring environmentaleffects such as high winds.For determining the low-frequency vibrations a gravitational wavedetector, in the form of a Michelson interferometer with 20 m arms, has beenused to measure vibrations 1 km below sea level [30]. A summary of theresults is given in Table 3.2.FIGURE 3.6 Measured vertical amplitude spectrum on a ‘noisy’ (continuous line) anda ‘quiet’ (dotted line) site [29].Vibration isolationTable 3.2Possible sources of very-low-frequency vibrationSourcePeriodAcceleration/m$s1Earth’s free seismic oscillationCore modesCore undertoneEarth tidesPost-seismic movementsCrustal movements102 – 103 s103 s103 – 104 s104 – 105 s1 – 103 days102 days106 – 10810111011106106 – 108107 – 1093.9.2 Passive vibration isolationSimple springs and pendulums can provide vibration isolation in bothvertical and horizontal directions.

The transmissibility of an isolator is theproportion of a vibration as a function of frequency that is transmitted fromthe environment to the structure of the isolator. For a single degree offreedom vibration isolation system the transmissibility, T, is given by [30]u0 2T ¼ qffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiðu02 u2 Þ2 þ 4g2 u02 u2(3.14)where u0 is the resonant frequency of the isolator and g is the viscousdamping factor. Figure 3.7 shows the transmissibility as a function offrequency ratio for various damping factors.

pffiffiffiVibration isolation is provided only above 2 times the natural frequencyof the system, that is for f << f0. 2f0T ¼for f << f0 :(3.15)fTherefore, to provide vibration isolation at low frequencies, the resonantfrequency of the isolation system must be as low as possible.

The resonantfrequency for a pendulum is given byrffiffiffi1 g(3.16)f0 ¼2p land by1f0 ¼2prffiffiffiffiffikm(3.17)for a spring, where g is the acceleration due to gravity, l is the pendulumlength, k is the spring constant and m is the mass.4950C H A P T ER 3 : Precision measurement instrumentation – some design principlesFIGURE 3.7 Damped transmissibility, T, as a function of frequency ratio (u/u0)Re-writing equation (3.17) in terms of the static extension or compressionof a spring, dl, givesrffiffiffiffi1g(3.18)f0 ¼2p dlsince the static restoring force kdl ¼ mg.

Thus for a low resonant frequency ina spring system it is necessary to have a large static extension or compression(or use a specialized non-linear spring).3.9.3 DampingIn vibration-isolation systems it is important to have damping, to attenuateexcessive vibration near resonance. In equation (3.14) it is assumed thatvelocity-dependent (viscous) damping is being applied. This is attractivesince viscous damping does not degrade the high-frequency performance ofthe system.The effects at resonance due to other forms of damping can be represented in terms of an ‘equivalent viscous damping’, using energy dissipationper cycle as the criterion of equivalence [31].

However, in such cases, thevalue of the equivalent viscous damping is frequency-dependent and, therefore, changes the system behaviour. For hysteresis or structural damping, thedamping term depends on displacement instead of velocity.3.9.4 Internal resonancesA limit to high-frequency vibration isolation is caused by internal resonancesof the isolation structure or the object being isolated [32]. At low frequenciesVibration isolationthe transmissibility is accurately represented by the simple theory given byequation (3.14), but once the first resonance is reached, the isolation does notimprove.

Typically the fundamental resonance occurs somewhere in theacoustic frequency range. Even with a careful design it is difficult to makea structure of an appreciable size with internal resonant frequencies abovea few kilohertz.3.9.5 Active vibration isolationActive vibration isolation is a method for extending the low-frequencyisolation capabilities of a system, but is very difficult in practice. Singledegree of freedom isolation systems are of little practical use because a nonisolated degree of freedom reintroduces the seismic noise even if the otherdegrees of freedom are isolated. Active vibration isolation uses actuators aspart of a control system essentially to cancel out any mechanical inputs. Anexample of a six degree of freedom isolation system has been demonstrated[29] for an interferometric gravitational wave detector.3.9.6 Acoustic noiseAcoustic noise appears in the form of vibrations in a system generated byventilators, music, speech, street noise, etc.

over a frequency range fromabout 10 Hz to 1000 Hz in the form of sharp coherent resonances as well astransient excitations [33]. Sound pressure levels in a typical laboratoryenvironment are greater than 35 dB, usually due to air-conditioning systems.Consider an enclosure that is a simple bottomless rectangular box whosewalls are rigidly attached at each edge. When a panel is acoustically excited bya diffuse sound field, forced bending waves govern its sound transmissioncharacteristics and the sound pressure attenuation is determined by thepanel mass per unit area [32]. The panel sound pressure attenuation (dB) isgiven by [34]" #prs f 2a ¼ 10 log10 1 þþ 5 dB(3.19)r0 cwhere rs is its mass per unit area, r0 is the density of air at standard pressureand f is the incident acoustic field frequency.

Equation (3.19) suggests thatthe enclosure wall should be constructed from high-density materials toobtain the largest rs possible given the load-bearing capacity of any supporting structure. Note that the attenuation decreases for every 20 dB perdecade increase in either rs or frequency.5152C H A P T ER 3 : Precision measurement instrumentation – some design principles3.10 References[1] Hume K J 1980 A history of engineering metrology (Mechanical EngineeringPublications Ltd)[2] Flack D R, Hannaford J 2005 Fundamental good practice in dimensionalmetrology. NPL good practice guide No. 80 (National Physical Laboratory)[3] Smith S T, Chetwynd D G 1992 Foundations of ultraprecision mechanismdesign (Gordan & Breach Science Publishers)[4] Slocum A H 1992 Precision machine design (Society of ManufacturingEngineers: Michigan)[5] Schellekens P, Roseille N, Vermeulen J, Vermeulen M, Wetzels S, Pril W 1998Design for high precision: current status and trends Ann.

CIRP 2 557–586[6] Nagazawa H 1994 Principles of precision engineering (Oxford SciencePublications)[7] Schouten C H, Rosielle P C J N, Schellekens P H J 1997 Design of a kinematic coupling for precision applications Precision Engineering 20 46–52[8] Petersen K E 1982 Silicon as a mechanical material Proc. IEEE 70 420–456[9] Monteiro A F, Smith S T, Chetwynd D G 1996 A super-precision linearslideway with angular correction in three axes Nanotechnology 7 27–36[10] Smith S T 2000 Flexures: elements of elastic mechanisms (Gordon & BreachScience Publishers)[11] Teo T J, Chen I-M, Yang G, Lin W 2008 A flexure-based electromagneticlinear actuator Nanotechnology 19 515501[12] Leach R K 2000 Traceable measurement of surface texture at the NationalPhysical Laboratory using NanoSurf IV Meas.

Sci. Technol. 11 1162–1172[13] Hicks T R, Atherton P D 1997 The nanopositioning book: moving andmeasuring to better than a nanometre (Queensgate Instruments)[14] Atherton P D 1998 Nanometre precision mechanisms Measurement þControl 31 37–42[15] Bryan J B 1979 The Abbé principle revisited: an updated interpretationPrecision Engineering 1 129–132[16] Vermeulen M M P A 1999 High precision 3D coordinate measuring machine,design and prototype development (PhD thesis: Eindhoven University ofTechnlogy)[17] van Seggelen J K, Roseille P C J N, Schellenkens P H J, Spaan H A M,Bergmans R H, Kotte G J W L 2005 An elastically guided machine axis withnanometer repeatability Ann. CIRP 54 487–490[18] Hearn E J 1997 Mechanics of materials volume 1: an introduction to themechanics of elastic and plastic deformation of solids and structural materials (Butterworth-Heinneman) 3rd edition[19] Young W C, Budynas R 2001 Roark’s formulas for stress and strain (McGrawHill Professional) 7th editionReferences[20] Hughes E B 1996 Measurement of the linear thermal expansion coefficient ofgauge blocks by interferometry Proc.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5259
Авторов
на СтудИзбе
421
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее