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Modelling and Optimisation of a Spring-Supported Diaphragm Capacitive MEMS Microphone 被引量:2
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作者 Norizan Mohamad Pio Iovenitti Thurai Vinay 《Engineering(科研)》 2010年第10期762-770,共9页
Audio applications such as mobile communication and hearing aid devices demand a small size but high performance, stable and low cost microphone to reproduce a high quality sound. Capacitive microphone can be designed... Audio applications such as mobile communication and hearing aid devices demand a small size but high performance, stable and low cost microphone to reproduce a high quality sound. Capacitive microphone can be designed to fulfill such requirements with some trade-offs between sensitivity, operating frequency range, and noise level mainly due to the effect of device structure dimensions and viscous damping. Smaller microphone size and air gap will gradually decrease its sensitivity and increase the viscous damping. The aim of this research was to develop a mathematical model of a spring-supported diaphragm capacitive MEMS microphone as well as an approach to optimize a microphone’s performance. Because of the complex shapes in this latest type of diaphragm design trend, analytical modelling has not been previously attempted. A novel diaphragm design is proposed that offers increased mechanical sensitivity of a capacitive microphone by reducing its diaphragm stiffness. A lumped element model of the spring-supported diaphragm microphone is developed to analyze the complex relations between the microphone performance factors and to find the optimum dimensions based on the design requirements. It is shown analytically that the spring dimensions of the spring-supported diaphragm do not have large effects on the microphone performance com pared to the diaphragm and backplate size, diaphragm thickness, and air-gap distance. A 1 mm2 spring-supported diaphragm microphone is designed using several optimized performance parameters to give a –3 dB operating bandwidth of 10.2 kHz, a sensitivity of 4.67 mV/Pa (–46.5 dB ref. 1 V/Pa at 1 kHz using a bias voltage of 3 V), a pull-in voltage of 13 V, and a thermal noise of –22 dBA SPL. 展开更多
关键词 capacitive MICROPHONE Spring-Supported diaphragm MICROPHONE MODELLING
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ANALYTICAL ANALYSIS OF MEMS CAPACITIVE PRESSURE SENSOR WITH CIRCULAR DIAPHRAGM UNDER DYNAMIC LOAD USING DIFFERENTIAL TRANSFORMATION METHOD(DTM) 被引量:7
2
作者 Marzieh Molla-Alipour Bahram Azizollah Ganji 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI CSCD 2015年第4期400-408,共9页
In this paper, first a circular diaphragm is modeled using the classical plate theory. An analytical solution based on differential transformation method (DTM) and Runge-Kutta method is employed for solving the gove... In this paper, first a circular diaphragm is modeled using the classical plate theory. An analytical solution based on differential transformation method (DTM) and Runge-Kutta method is employed for solving the governing differential equation for the first time. Then the influences of various parameters on central deflection of the diaphragm, stress distribution and capacitance of pressure sensor with a time-dependent pressure are examined. Several case studies are compared with simulations to confirm the proposed method. The analytical results compared with ABAQUS simulation show excellent agreement with the simulation results. This method is very promising for time saving in calculating micro-device characteristics. 展开更多
关键词 MEMS capacitive pressure sensor circular diaphragm DEFLECTION analytical model theoretical analysis
原文传递
MEMS电容薄膜真空计微电容检测系统的设计
3
作者 高青松 郭朝帽 +3 位作者 陶院 杨雷 马动涛 张虎忠 《真空与低温》 2024年第6期603-609,共7页
为了满足空间环境探测对真空测量仪器准确度高、体积小、质量轻、功耗低的应用需求,基于微机电系统(MEMS)的小型化电容薄膜真空计应运而生。针对MEMS电容薄膜真空计微小电容测量需求,设计了一种基于CDC电容数字转换器的微电容检测系统,... 为了满足空间环境探测对真空测量仪器准确度高、体积小、质量轻、功耗低的应用需求,基于微机电系统(MEMS)的小型化电容薄膜真空计应运而生。针对MEMS电容薄膜真空计微小电容测量需求,设计了一种基于CDC电容数字转换器的微电容检测系统,获得了fF级微电容检测分辨率。采用温度漂移误差自校准技术,解决了测量压力受温度扰动影响的问题。地面样机测试与验证表明,该检测系统具有宽量程、高分辨率和低功耗检测的优点,为MEMS电容薄膜真空计实现空间应用奠定了技术基础。 展开更多
关键词 MEMS 电容薄膜 真空计 微弱电容 电子测量
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基于模糊控制原理的电容薄膜真空计数据优化算法研究
4
作者 杨骐豪 冯焱 +4 位作者 成永军 孙雯君 吴成耀 裴晓强 丁栋 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期28-34,共7页
电容薄膜真空计广泛应用于中、低真空的测量,为了提高电容薄膜真空计的测量准确性,将算法应用于电容式薄膜压力计的数据处理中。分段拟合方法可以根据每个数据段上的数据特性,使每个数据段上的误差数据曲线拟合得更加准确。然而,这种方... 电容薄膜真空计广泛应用于中、低真空的测量,为了提高电容薄膜真空计的测量准确性,将算法应用于电容式薄膜压力计的数据处理中。分段拟合方法可以根据每个数据段上的数据特性,使每个数据段上的误差数据曲线拟合得更加准确。然而,这种方法会在边界点处出现数据点跳跃间断的问题,这对实际使用有很大影响。文章设计了一种基于模糊控制原理的数据处理算法,以消除气压测量值在分界点处的跳跃间断问题。经过模糊控制算法的处理,电容薄膜真空计的测量精度得到了提高,气压测量数据曲线在全范围内具有良好的连续性。 展开更多
关键词 电容薄膜真空计 数据处理算法 模糊控制原理
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静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计检测电路研究
5
作者 王绥辉 徐恒通 +4 位作者 李刚 韩晓东 孙雯君 成永军 李得天 《真空与低温》 2024年第2期105-111,共7页
静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计量程宽、稳定性高,具有广阔的应用前景。测量电路是保证静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计性能的关键因素。采用交流激励式检测方法,设计了一种微小电容检测电路,并利用软件仿真和实验测试进行验证。结果表... 静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计量程宽、稳定性高,具有广阔的应用前景。测量电路是保证静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计性能的关键因素。采用交流激励式检测方法,设计了一种微小电容检测电路,并利用软件仿真和实验测试进行验证。结果表明,该电路能够快速检测微小电容并将其转换为直流电压信号,分辨率为0.33 V/pF。此外,抗驱动电压干扰测试表明,该电路能够在1~100 V范围的直流驱动电压下正常工作,电容测量的输出电压最大标准差为0.010 249 V,并且具有优异的稳定性。 展开更多
关键词 静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计 微小电容检测 交流激励式 抗驱动电压干扰
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The Evaluation of Measurement Uncertainty and Its Application in the Vacuum Pressure Measurement 被引量:1
6
作者 Yulin Zhou Xin Quan Tieniu Yang 《Open Journal of Applied Sciences》 2015年第8期495-500,共6页
In order to accurately measure the pressure and the pressure difference between two points in the vacuum chamber, a large number of experimental data were used to research the performance of the three capacitance diap... In order to accurately measure the pressure and the pressure difference between two points in the vacuum chamber, a large number of experimental data were used to research the performance of the three capacitance diaphragm gauge and analysis the main influences of the uncertainly degree of pressure in the process. In this paper, three kind of uncertainty, such as the single uncertainty, the synthesis uncertainty and the expanded uncertainty of the three capacitance diaphragm gauges are introduced in detail in pressure measurement. The results show that the performance difference of capacitance diaphragm gauge can be very influential to the accuracy of the pressure difference measurement and the uncertainty of different pressure can be very influential to pressure measurement. That for accurately measuring pressure and pressure difference has certain reference significance. 展开更多
关键词 capacitance diaphragm GAUGES PRESSURE MEASUREMENT MEASUREMENT UNCERTAINTY
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非接触式电容压力传感器敏感元件的设计及性能分析 被引量:6
7
作者 尚永红 李艳秋 +2 位作者 于红云 孙红光 苏波 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期276-279,共4页
将中心岛膜结构的压力敏感膜用在非接触式电容式压力传感器中,解决了平膜结构带来的各点挠度不同、非线性和需要后续补偿电路的问题。通过对材料为多晶硅的中心岛膜进行结构优化设计和挠度、应力等力学性能分析。计算了在不同外加压力... 将中心岛膜结构的压力敏感膜用在非接触式电容式压力传感器中,解决了平膜结构带来的各点挠度不同、非线性和需要后续补偿电路的问题。通过对材料为多晶硅的中心岛膜进行结构优化设计和挠度、应力等力学性能分析。计算了在不同外加压力条件下压力敏感膜的电容数值、灵敏度和线性度。根据优化设计,外加压力在0.2~1.4×10^5Pa间变化时,电容值在0.0251~0.0281pF间变化;通过分析两种结构敏感膜在XY面内同一位置与中心挠度差的变化率,中心岛膜结构的变化率为49.4%低于平膜结构1.7%。因而中心岛膜结构比平膜结构有更好的灵敏度和线性。 展开更多
关键词 非接触式电容压力传感器 敏感元件 MEMS
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电容薄膜规热流逸效应修正方法研究 被引量:6
8
作者 孙海 李得天 +1 位作者 张涤新 李正海 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期16-20,共5页
利用N2、He、Ar三种气体对三只电容薄膜规(CDG)在10-2Pa~102Pa的热流逸效应进行了研究,对实验数据进行拟合,得到每种气体在热流逸效应产生区间CDG示值压强的拟合公式,并用实验验证了公式的准确性。对实验数据和拟合公式的分析表明,CDG... 利用N2、He、Ar三种气体对三只电容薄膜规(CDG)在10-2Pa~102Pa的热流逸效应进行了研究,对实验数据进行拟合,得到每种气体在热流逸效应产生区间CDG示值压强的拟合公式,并用实验验证了公式的准确性。对实验数据和拟合公式的分析表明,CDG的校准因子在较高压强(>102Pa)下,趋近于一个与气体种类和校准室温度无关的极限值;在较低压强(<10-2Pa)下,趋近于一个与气体种类无关,与校准室温度有关的极限值;在这两者之间的压强范围,校准因子与气体的种类和校准室温度呈复杂的函数关系。 展开更多
关键词 电容薄膜规 热流逸效应 校准因子 温度
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一种“绝对型”电容薄膜真空计的研制 被引量:5
9
作者 吴家庆 黄岩彬 +2 位作者 赵应丁 杨晓继 吴子宁 《真空科学与技术》 CSCD 1994年第4期265-269,共5页
介绍用磁控溅射制作的从大气往真空约覆盖5个量程的“绝对型”电容薄膜真空规,以及与该真空规配套的真空计的电路。该真空计测量范围为1.3~105Pd,真空规与电容信号检测电路置于同一金属壳内,以避免外界干扰。规的恒温胜温度波动小... 介绍用磁控溅射制作的从大气往真空约覆盖5个量程的“绝对型”电容薄膜真空规,以及与该真空规配套的真空计的电路。该真空计测量范围为1.3~105Pd,真空规与电容信号检测电路置于同一金属壳内,以避免外界干扰。规的恒温胜温度波动小于±0.1℃,有效地降低了温度的影响。电路的非线性小于0.4%,高真空下北输出漂移小于0.1%,在13~105Pa各量程内,最大校准误差小于读数的4%。 展开更多
关键词 电容 薄膜 真空计 电容薄膜真空计
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MEMS型电容薄膜真空计研究进展 被引量:13
10
作者 李得天 孙雯君 +3 位作者 成永军 袁征难 曹生珠 高青松 《真空与低温》 2017年第2期63-67,共5页
目前常用的电容薄膜真空计体积大、重量重,不能满足深空探测、临近空间探索、战略武器、战地医疗等特殊领域的真空测量需求。基于MEMS技术的电容薄膜真空计,能够使传感器、信号处理和控制电路等结构微型化,突破了传统电容薄膜真空计外... 目前常用的电容薄膜真空计体积大、重量重,不能满足深空探测、临近空间探索、战略武器、战地医疗等特殊领域的真空测量需求。基于MEMS技术的电容薄膜真空计,能够使传感器、信号处理和控制电路等结构微型化,突破了传统电容薄膜真空计外形及质量限制,具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成化等优点,成为真空测量仪器研究的热点,能更好地满足特殊条件下的真空测量需求。文章对MEMS型电容薄膜真空计的发展现状、技术特点等进行了探讨研究,并对其发展前景提出展望。 展开更多
关键词 真空测量 MEMS 电容薄膜真空计
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真空计的发展概况与趋势 被引量:9
11
作者 梁平 李杰 +1 位作者 戴佳鑫 干蜀毅 《真空与低温》 2011年第1期53-57,62,共6页
真空计量器具被广泛应用于各科学实验领域,种类繁多,样式各异。真空计的微型化是其主要发展趋势。概述了真空计的发展历程,重点对近年来真空计的最新发展作了梳理,并提出了某些特殊环境下真空度测量方法的构想。
关键词 真空计 真空测量 微机电系统 电容薄膜真空计
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适应复杂环境的真空计 被引量:4
12
作者 李琦 冯驹先 +4 位作者 董中林 施毅 杨炼 倪小洪 干蜀毅 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期1316-1319,共4页
采用全陶瓷规管进行电荷屏蔽,实现了对薄膜真空计的改进,以满足在含有大量带电离子及饱和水蒸汽等特殊真空环境中低真空度的快速准确测量。介绍了提高传感精度且降低温度及水蒸气对电容薄膜真空计影响的方法、器件选择以及单片机控制系... 采用全陶瓷规管进行电荷屏蔽,实现了对薄膜真空计的改进,以满足在含有大量带电离子及饱和水蒸汽等特殊真空环境中低真空度的快速准确测量。介绍了提高传感精度且降低温度及水蒸气对电容薄膜真空计影响的方法、器件选择以及单片机控制系统等,并给出了部分测试结果。本文设计的低真空度测量系统具有模块化、精度高、响应速度快等优点,为国内特殊真空环境下低真空度测量系统提供了设计参考。 展开更多
关键词 电荷屏蔽 饱和水蒸汽 电容薄膜真空计 单片机控制系统
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基于虚拟仪器的真空度现场测试系统 被引量:4
13
作者 贾军伟 张书锋 +1 位作者 王欢 田虎林 《宇航计测技术》 CSCD 2012年第3期61-64,共4页
真空度现场测试系统测量范围为(1×105~2×10-9)Pa。文章介绍了该系统的硬件构成和工作原理。该系统硬件部分主要包括电容薄膜真空计、标准电离真空计、分离规和法兰转换套件。基于美国NI公司的Lab-view软件开发平台,结合日常... 真空度现场测试系统测量范围为(1×105~2×10-9)Pa。文章介绍了该系统的硬件构成和工作原理。该系统硬件部分主要包括电容薄膜真空计、标准电离真空计、分离规和法兰转换套件。基于美国NI公司的Lab-view软件开发平台,结合日常型号服务的热真空试验设备和其它真空设备的测试需求,开发了真空度现场测试软件。软件以模块化思想为基础,可根据不同的测试要求选择相应的测试标准,进而实现数据自动处理,报告自动生成。 展开更多
关键词 真空系统 LABVIEW 电容薄膜真空计 标准电离真空计 分离规 法兰
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差压式MEMS电容薄膜真空规的设计与测试 被引量:6
14
作者 李刚 韩晓东 +5 位作者 李得天 成永军 孙雯君 柯鑫 冯勇建 许马会 《真空与低温》 2020年第1期17-20,共4页
提出了一种基于MEMS技术的差压式电容薄膜真空规设计方案。通过有限元分析软件建立了仿真模型,对感压薄膜尺寸和电极间距离进行了优化。根据优化结果,完成了真空规的研制和性能测试。测试结果表明,测量范围下限5 Pa,上限1000 Pa,灵敏度... 提出了一种基于MEMS技术的差压式电容薄膜真空规设计方案。通过有限元分析软件建立了仿真模型,对感压薄膜尺寸和电极间距离进行了优化。根据优化结果,完成了真空规的研制和性能测试。测试结果表明,测量范围下限5 Pa,上限1000 Pa,灵敏度优于10 fF/Pa,测试曲线可以实现分段线性。 展开更多
关键词 MEMS技术 差压式 电容薄膜真空规
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小型电容薄膜真空规的设计 被引量:7
15
作者 孙雯君 冯焱 +3 位作者 马奔 习振华 成永军 赵澜 《真空与低温》 2012年第4期232-234,243,共4页
商用电容薄膜真空规存在体积大、重量重等问题,无法满足深空探测中真空测量需求,因此设计了一种小型电容薄膜真空规。设计中采用倒T型结构固定极板和防热变形结构,防止测量过程中温度变化导致的规管部件热变形;采用面积相同的双电极结构... 商用电容薄膜真空规存在体积大、重量重等问题,无法满足深空探测中真空测量需求,因此设计了一种小型电容薄膜真空规。设计中采用倒T型结构固定极板和防热变形结构,防止测量过程中温度变化导致的规管部件热变形;采用面积相同的双电极结构,消除测量过程中外界杂散电容和温度变化引起的测量信号偏差。小型电容薄膜真空规整体尺寸为Φ42×24 mm,重量小于200 g,测量下限为10-2Pa,测量不确定度预计小于5%,能适应较宽的工作温度范围,可以满足深空探测需求。 展开更多
关键词 真空计量 真空测量仪器 电容薄膜真空规 结构设计
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火星探测小型电容薄膜真空计的性能研究 被引量:5
16
作者 孙雯君 冯焱 +2 位作者 马奔 成永军 赵澜 《真空与低温》 2014年第1期16-18,33,共4页
目前在用电容薄膜真空计存在体积大、重量重等问题,无法满足深空探测中真空测量需求,因此设计了一种具有外形尺寸小、重量轻、工作温度范围宽等特点的小型电容薄膜真空计。在已经建立的金属膨胀式真空标准装置上对小型电容薄膜真空计的... 目前在用电容薄膜真空计存在体积大、重量重等问题,无法满足深空探测中真空测量需求,因此设计了一种具有外形尺寸小、重量轻、工作温度范围宽等特点的小型电容薄膜真空计。在已经建立的金属膨胀式真空标准装置上对小型电容薄膜真空计的线性、稳定性、重复性等各项性能进行了反复的实验研究。实验结果表明,小型电容薄膜真空计具有良好的线性,重复性和稳定性的计算结果均能满足火星探测要求。 展开更多
关键词 真空测量 小型电容薄膜真空计 计量性能 火星探测
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MEMS电容薄膜真空计关键技术研究 被引量:4
17
作者 李刚 韩晓东 +1 位作者 周超 李得天 《真空与低温》 2022年第4期403-408,共6页
为了实现真空测量仪器的小型化,开展了MEMS电容薄膜真空计的研制。首先研制了差压式结构,以验证感压薄膜的性能,之后研制了绝压式结构,通过不断优化迭代,最后完成绝压式MEMS电容薄膜真空计样机研制。性能测试结果表明,真空计的测量范围... 为了实现真空测量仪器的小型化,开展了MEMS电容薄膜真空计的研制。首先研制了差压式结构,以验证感压薄膜的性能,之后研制了绝压式结构,通过不断优化迭代,最后完成绝压式MEMS电容薄膜真空计样机研制。性能测试结果表明,真空计的测量范围为0.2~103 Pa,分辨率0.1 Pa,全量程准确度0.1%FS。对研制过程中解决的关键技术,如“平整大宽厚比感压薄膜制备”“非蒸散型吸气剂薄膜制备”“传感器封装”等进行了介绍,并对未来工作进行了展望。 展开更多
关键词 MEMS技术 电容薄膜真空计 关键技术
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温度对电容薄膜真空计测量影响的实验研究 被引量:3
18
作者 马奔 冯焱 +3 位作者 孙雯君 董猛 刘珈彤 管保国 《真空与低温》 2013年第3期172-175,共4页
采用了一支满量程为1333Pa的绝压式电容薄膜真空计,在金属膨胀式真空标准装置上对其进行温度变化的影响实验研究,包括在开和未开控制单元的规管恒温和温度补偿功能两种情况下环境温度变化的实验,并在实验过程中记录了电容薄膜真空计... 采用了一支满量程为1333Pa的绝压式电容薄膜真空计,在金属膨胀式真空标准装置上对其进行温度变化的影响实验研究,包括在开和未开控制单元的规管恒温和温度补偿功能两种情况下环境温度变化的实验,并在实验过程中记录了电容薄膜真空计的零点漂移情况。其中,在打开控制单元的规管恒温和温度补偿功能的条件下,电容薄膜真空计测量准确度非常好。而在未打开控制单元的规管恒温和温度补偿功能的条件下,在10^-2~10^-1Pa两个量级上电容薄膜真空计的示值与标准值有较大偏差,最大偏差为36%;而在1~10^2Pa量级上电容薄膜真空计测量准确度也非常好。 展开更多
关键词 电容薄膜真空计 测量准确度 零点稳定性 温度
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压差式漏率测试仪的实验研究 被引量:1
19
作者 毛福明 张晓兵 《真空科学与技术》 CSCD 1995年第2期118-121,共4页
将薄膜电容真空计的测量室接于被测密闭容器,静态真空室接于一个比较容器,即组成一台压差式漏率测试仪。首先使两容器压力平衡,真空计读数为零。当被测容器存在漏孔时,真空计薄膜两侧形成压差,真空计指示读数,继而计算出该容器的... 将薄膜电容真空计的测量室接于被测密闭容器,静态真空室接于一个比较容器,即组成一台压差式漏率测试仪。首先使两容器压力平衡,真空计读数为零。当被测容器存在漏孔时,真空计薄膜两侧形成压差,真空计指示读数,继而计算出该容器的漏率。应用商品真空计在抽真空测试时,检测的最小可测漏率达10-4~10-5Pa·L/s;而在充压测试时,因受气体温度变化的影响,灵敏度会降低几个量级。该仪器有可能具备寻找漏孔位置和确定漏孔漏率的功能。 展开更多
关键词 检漏仪 薄膜电容 真空计 电容压强计
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激光器真空检测及工作气压控制智能化的研究 被引量:1
20
作者 柳娟 彭浩 李家镕 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2004年第2期10-11,共2页
在激光器的各种工作参数中 ,真空检测及工作气压测控 ,是很重要的环节之一 ,它将直接影响激光器运转的稳定性和可靠性。而激光器工作状况的很多方面都受工作气压的控制。因此我们采用西门子PLC设计研制了一套激光器的真空智能测控系统 。
关键词 激光器 真空检测 工作气压控制 智能化 PLC
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