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基于SIMP方法微电容加速度计结构固有频率拓扑优化 被引量:6
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作者 邹春江 左孔天 +2 位作者 向宇 谢勇君 宋洁 《科学技术与工程》 2011年第29期7086-7091,共6页
基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型,以叉指式微电容加速度计弹性梁和质量块的一阶固有频率最大化为目标函数,以体积比作为约束条件,建立了弹性梁和质量块的拓扑优化模型。采用优化准则算法进行迭代求解计算。获得了满足不同体... 基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型,以叉指式微电容加速度计弹性梁和质量块的一阶固有频率最大化为目标函数,以体积比作为约束条件,建立了弹性梁和质量块的拓扑优化模型。采用优化准则算法进行迭代求解计算。获得了满足不同体积约束并使一阶固有频率最大的微电容加速度计弹性梁和质量块的多种拓扑优化结构,其中28%体积比约束下的拓扑优化结构与其初始结构相比,一阶固有频率提高了3 330 Hz,提高比例达46.4%。计算结果表明通过构建的拓扑优化模型及优化求解方法可以较好地解决微加速度计频响范围过窄的问题。 展开更多
关键词 电容加速度计 拓扑优化 固有频率 SIMP密度法
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基于SIMP模型的微电容加速度计结构拓扑优化 被引量:2
2
作者 邹春江 谢勇君 +2 位作者 向宇 左孔天 唐景龙 《机械设计与制造》 北大核心 2012年第9期210-212,共3页
基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型,以微电容加速度计结构弹性梁和质量块检测方向的柔度最大化,非检测方向的柔度最小化为综合相对柔度目标,以检测方向的谐振频率尽可能小于非检测方向谐振频率为抗横向干扰能力目标,一定体积比... 基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型,以微电容加速度计结构弹性梁和质量块检测方向的柔度最大化,非检测方向的柔度最小化为综合相对柔度目标,以检测方向的谐振频率尽可能小于非检测方向谐振频率为抗横向干扰能力目标,一定体积比作为约束条件,建立了微电容加速度计弹性梁和质量块结构拓扑优化设计模型,采用优化准则算法进行迭代求解计算,通过二维数值算例验证了优化模型的有效性,为研究微电容加速度计结构优化设计提供了一种新的思路和方法。 展开更多
关键词 电容加速度计 拓扑优化 抗横向干扰 横向相对柔度 SIMP密度法
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基于MEMS电容加速度计的声矢量传感器小型化设计 被引量:1
3
作者 周宏坤 洪连进 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期270-274,共5页
针对传统压电型声矢量传感器无法兼顾小体积与高灵敏度的问题,利用MEMS电容加速度计作为拾振器,实现矢量传感器的小型化设计。首先采用机电类比分析的方法得到内置加速度计的刚硬球体的声致振动响应;然后进行硅微电容加速度计选型和参... 针对传统压电型声矢量传感器无法兼顾小体积与高灵敏度的问题,利用MEMS电容加速度计作为拾振器,实现矢量传感器的小型化设计。首先采用机电类比分析的方法得到内置加速度计的刚硬球体的声致振动响应;然后进行硅微电容加速度计选型和参数分析、设定,并设计制作了一只二维球形矢量传感器样机;最后对样机进行了参数测试,结果表明两矢量通道均具有良好的方向性,声压灵敏度分别为?185 d B和-186 d B(1 k Hz,0 d B ref 1 V/μPa),通道间相位差与理论值保持一致,验证了利用MEMS电容加速度计设计矢量传感器的可行性。 展开更多
关键词 MEMS电容加速度计 声矢量传感器 小型化设计 机电类比
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基于金硅原电池保护电容加速度计的制作
4
作者 王辉 吴燕红 杨恒 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2012年第1期133-136,共4页
提出并实现了一种利用SoI结合金硅原电池保护和反熔丝制作电容式加速度计的新工艺方法。该工艺用SoI顶层硅制作梁和上电极,用衬底制作质量块。采用DRIE从正面刻蚀形成释放孔,TMAH腐蚀实现质量块的释放,在TMAH腐蚀过程中利用金硅原电池... 提出并实现了一种利用SoI结合金硅原电池保护和反熔丝制作电容式加速度计的新工艺方法。该工艺用SoI顶层硅制作梁和上电极,用衬底制作质量块。采用DRIE从正面刻蚀形成释放孔,TMAH腐蚀实现质量块的释放,在TMAH腐蚀过程中利用金硅原电池保护实现梁和表面极板的保护。在TMAH腐蚀完成前,反镕丝保持断开状态,腐蚀完成后,击穿反镕丝形成导通状态。通过测量金和硅的极化曲线得到60℃25%TMAH中实现原电池保护的金硅面积比不小于5∶1。成功制作成电容式加速度计结构,释放前后梁宽度均在9.4~10μm范围内,表明原电池保护有效。击穿后反熔丝并联导通电阻为5~25 kΩ之间。 展开更多
关键词 电容加速度计 金硅原电池 反熔丝 腐蚀自停止
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电容加速度计的接口电路
5
作者 Mark Van Paemel 吴庆红 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1991年第3期46-49,5,共5页
电容硅微型加速度计可以采用静电力平衡结构来构成。这种闭合回路结构可通过改变反馈因数形成不同的测量范围。这样,用同一个加速度计可以测量从1μg—1g的输入加速度;同时可以包含一个调节器电路来修整闭环频率响应,从而达到理想的带... 电容硅微型加速度计可以采用静电力平衡结构来构成。这种闭合回路结构可通过改变反馈因数形成不同的测量范围。这样,用同一个加速度计可以测量从1μg—1g的输入加速度;同时可以包含一个调节器电路来修整闭环频率响应,从而达到理想的带宽与阻尼因数。 接口电路起开关电容器电路的作用,它以±5V双电源工作。给出了一个数值例子来说明这一理论。 展开更多
关键词 速度计 接口电路 电容加速度计
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基于AD7745的微电容加速度计测量电路设计与实现 被引量:6
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作者 何维玮 赵新 +1 位作者 李毅堂 卢桂章 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第3期529-532,共4页
AD7745是世界上首款24bit数字输出的电容读取芯片,可以测量一对差分电容。它的输入共模偏置电容最大可到17PF,输入电容变化范围为±4pF,采样频率/通频带为10Hz到90Hz。基于AD7745的微电容加速度计测量电路系统有两种输出方式:一方... AD7745是世界上首款24bit数字输出的电容读取芯片,可以测量一对差分电容。它的输入共模偏置电容最大可到17PF,输入电容变化范围为±4pF,采样频率/通频带为10Hz到90Hz。基于AD7745的微电容加速度计测量电路系统有两种输出方式:一方面通过16bit的D/A将数字信号转换成模拟电压信号,实时输出到示波器;另一方面可将AD7745的24bit输出结果通过串口输入到计算机里,由计算机实现波形显示、分析。对PCB布线进行优化后,试验测得采样频率为90.9Hz时,AD7745数据的实际有效位数为14.5bit,对应分辨率为0.37fF。 展开更多
关键词 电容式微速度计 AD7745 测量电路
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变刚度单轴电容式MEMS加速度计设计 被引量:2
7
作者 洪逸飞 武焕臣 +2 位作者 汤沛源 刘晨 李磊 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第4期70-73,共4页
本文提出了一种利用静电弹簧软化效应提高加速度计灵敏度的方法。加速度计采用4组U型弹簧对敏感质量进行支撑,敏感质量上设计了差分电容检测结构和静电调谐结构。实现了结构谐振频率可调,保证了加速度计的结构强度,提高了传感器灵敏度... 本文提出了一种利用静电弹簧软化效应提高加速度计灵敏度的方法。加速度计采用4组U型弹簧对敏感质量进行支撑,敏感质量上设计了差分电容检测结构和静电调谐结构。实现了结构谐振频率可调,保证了加速度计的结构强度,提高了传感器灵敏度。建立了加速度计的数学结构模型。通过仿真,对加速度计进行模态分析,研究了调谐电压对灵敏度的影响。结果表明:当调谐电压增大到30 V时,加速度计的位移灵敏度增加了34%,电容灵敏度增加了39.7%,谐振频率降低了13.4%。最后利用实验进行谐响应分析,发现加速度计的谐振频率降低了17.5%,验证了变刚度方案的可行性。 展开更多
关键词 MEMS 电容速度计 灵敏度 变刚度 谐响应分析
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一种电容式微机械加速度计的设计 被引量:10
8
作者 郑旭东 曹学成 +3 位作者 郑阳明 罗斯建 王跃林 金仲和 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期226-229,共4页
介绍了一种新型基于滑膜阻尼的电容式微机械加速度计。该加速度计根据差分电容极板间正对面积的改变来检测加速度大小,保证了输出电压与加速度之间的线性度。对加速度计进行了结构设计和分析。给出了加速度计的制作工艺流程,研究了解决... 介绍了一种新型基于滑膜阻尼的电容式微机械加速度计。该加速度计根据差分电容极板间正对面积的改变来检测加速度大小,保证了输出电压与加速度之间的线性度。对加速度计进行了结构设计和分析。给出了加速度计的制作工艺流程,研究了解决深反应离子刻蚀过程中的过刻蚀现象的方法。初步测试结果表明,该加速度计的灵敏度比较理想,谐振频率与理论计算相吻合。 展开更多
关键词 电容速度计 微机电系统 深反应离子刻蚀 滑膜阻尼
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电容式加速度计系统的非线性分析及线性化控制 被引量:7
9
作者 范达 刘云峰 董景新 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期734-738,共5页
电容式静电力反馈加速度计只有在敏感质量工作于对称点位置附近微小范围内时,系统可以近似成为线性系统。但由于敏感表头的加工误差以及振动使得加速度计的质量块会偏移量过大,从而非线性将表现明显。针对加速度计系统非线性的两个主要... 电容式静电力反馈加速度计只有在敏感质量工作于对称点位置附近微小范围内时,系统可以近似成为线性系统。但由于敏感表头的加工误差以及振动使得加速度计的质量块会偏移量过大,从而非线性将表现明显。针对加速度计系统非线性的两个主要来源,对非线性引起的失稳现象及振动过程中发生的输出直流成分漂移现象的原因进行了分析说明,并提出一种利用反函数将系统完全线性化后再进行校正网络设计的控制方法.仿真结果表明这种方法可以改善系统的稳定性且克服振动漂移。 展开更多
关键词 电容速度计 振动漂移 系统线性化 非线性反函数
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电容式力平衡加速度计的设计 被引量:10
10
作者 陈渝 郁发新 +2 位作者 王慧泉 金仲和 王跃林 《传感技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期411-414,共4页
电容式微机械加速度计是一种将加速度转换成差分电容、通过检测差分电容的变化来检测加速度大小的一类高精度的惯性传感器。利用开关电容电路实现C-V变换,利用反馈静电力实现力平衡闭环控制,设计了一种电容式微机械加速度计。通过构建... 电容式微机械加速度计是一种将加速度转换成差分电容、通过检测差分电容的变化来检测加速度大小的一类高精度的惯性传感器。利用开关电容电路实现C-V变换,利用反馈静电力实现力平衡闭环控制,设计了一种电容式微机械加速度计。通过构建电容式加速度传感器及外围电路的数学模型,推导了闭环工作的系统函数。并对实际系统进行研制,最后给出了整个系统的测试结果。 展开更多
关键词 电容式微机械速度计 力平衡闭环控制 差分电容 C-V变换
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电容式微加速度计的研制 被引量:4
11
作者 谭宜勇 金桐 +2 位作者 苏卫国 赵新 卢桂章 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期585-588,共4页
以一个电容式微加速度计为设计实例来介绍了基于IP库MEMS设计的流程,其中主要包括四个部分:原理分析,结构设计,工艺流程和版图设计,封装及电路测试。首先根据需求设计出加速度计的基本结构;然后对该结构进行工艺流程和版图的设计;并利... 以一个电容式微加速度计为设计实例来介绍了基于IP库MEMS设计的流程,其中主要包括四个部分:原理分析,结构设计,工艺流程和版图设计,封装及电路测试。首先根据需求设计出加速度计的基本结构;然后对该结构进行工艺流程和版图的设计;并利用虚拟工艺来进行仿真和可加工性验证;得到的三维结构通过接口导出到FEM中进行数值分析;接着将数值分析的结果进行基于FEM的运动学建模;求解得到的运动规律,以宏模型的形式存入IP库中;与此同时,利用虚拟运行进行可视化行为级的仿真。 展开更多
关键词 MEMS 电容式微速度计 虚拟工艺 虚拟运行
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一种大厚度的三轴差分电容式硅微加速度计 被引量:7
12
作者 曹新平 张大成 +2 位作者 黄如 张兴 王阳元 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第6期572-575,共4页
介绍了一种新型三轴全差分电容式加速度计的设计和制备。设计的加速度计采用了三个共用同一玻璃衬底的大厚度差分电容式微结构 ,分别用于检测三个垂直方向的加速度。同时 ,对所设计的微结构从理论和数值上进行了详细的分析。用有限元分... 介绍了一种新型三轴全差分电容式加速度计的设计和制备。设计的加速度计采用了三个共用同一玻璃衬底的大厚度差分电容式微结构 ,分别用于检测三个垂直方向的加速度。同时 ,对所设计的微结构从理论和数值上进行了详细的分析。用有限元分析工具 ANSYS对器件进行了模拟 ,模拟结果显示出器件设计的合理性。最后 。 展开更多
关键词 三轴差分电容式硅微速度计 偏轴灵敏度 有限元模拟 模态 压膜阻尼
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闭环电容式微加速度计全差分CMOS接口电路 被引量:4
13
作者 刘晓为 尹亮 +1 位作者 李海涛 周治平 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期580-586,共7页
提出了一种用于电容式微加速度计的低噪声、高线性度全差分接口电路。基于开关电容检测技术,该电路采用一种新的双路反馈结构来提高系统线性度,并采用2μmn阱CMOS工艺完成芯片设计。仿真结果证明,电路中采用的双路反馈和全差分检测结构... 提出了一种用于电容式微加速度计的低噪声、高线性度全差分接口电路。基于开关电容检测技术,该电路采用一种新的双路反馈结构来提高系统线性度,并采用2μmn阱CMOS工艺完成芯片设计。仿真结果证明,电路中采用的双路反馈和全差分检测结构使系统的线性度达到0.01%。加入经过优化设计的比例-微分-积分控制器后,有效减小了系统稳态误差,系统响应速度提高了31%,系统线性度提高了66.7%。在±5 V工作电压下,选取64 kHz作为电路采样频率时,其电路等效输入噪声为8μg·Hz-1/2,系统灵敏度为1.22 V/g,线性度为0.03%,测量范围为±2g。测试结果显示,提出的电路达到高精度微加速度计系统设计要求,可以应用到地震监测、石油勘探等领域中。 展开更多
关键词 闭环电容式微速度计 全差分接口电路 比例-微分-积分控制器 低噪声 高线性度
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电容式加速度计敏感结构优化设计与仿真 被引量:2
14
作者 洪利 穆如旺 +2 位作者 姚振静 韩智明 李亚南 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2018年第10期21-26,共6页
介绍一种电容式加速度计的敏感结构,通过Solidworks三维实体模型软件对其建模,推导敏感结构固有频率、灵敏度计算公式,进行理论计算,并对敏感元件簧片尺寸进行优化设计。采用有限元ANSYS仿真软件对敏感结构进行静态和模态分析,对该型加... 介绍一种电容式加速度计的敏感结构,通过Solidworks三维实体模型软件对其建模,推导敏感结构固有频率、灵敏度计算公式,进行理论计算,并对敏感元件簧片尺寸进行优化设计。采用有限元ANSYS仿真软件对敏感结构进行静态和模态分析,对该型加速度计进行动态性能测试。实验结果表明:该型加速度计敏感结构固有频率可达近100 Hz,加速度计频率带宽拓展了130%,仪器抗干扰能力也得到大幅提升,为仪器设备中具有相似敏感结构的振动分析方法和集中参数布置设计提供了参考。 展开更多
关键词 电容速度计 敏感结构 优化设计 簧片 固有频率 灵敏度
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电容式微加速度计的气膜阻尼分析 被引量:2
15
作者 王卫东 贾建援 +1 位作者 樊康旗 李萌萌 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期221-224,共4页
针对电容式微加速度计中的气膜阻尼问题,基于稀薄气体动力学理论和滑流修正的压膜雷诺方程,分析了敏感质量块在轴向运动中受到的气膜阻尼效应,得到了阻尼力和阻尼系数的简化解析解。研究结果表明,敏感质量块受到的气膜阻尼力不但与尺寸... 针对电容式微加速度计中的气膜阻尼问题,基于稀薄气体动力学理论和滑流修正的压膜雷诺方程,分析了敏感质量块在轴向运动中受到的气膜阻尼效应,得到了阻尼力和阻尼系数的简化解析解。研究结果表明,敏感质量块受到的气膜阻尼力不但与尺寸和速度有关,还与固体壁面的材质、表面粗糙度和光洁度等特性有关。通过实例分析给出了三种减小气膜阻尼的方法,指出动量协调系数是影响气膜阻尼(尤其是压膜阻尼)的关键因素之一。 展开更多
关键词 电容速度计 气膜阻尼 雷诺方程 阻尼系数
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微机械电容式加速度计检测电路设计 被引量:4
16
作者 石云波 王玲 刘俊 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2006年第8期59-60,73,共3页
通过对MEMS电容式加速度计的差分电容检测电路优缺点的比较,结合直流充放电检测方法和交流测量方法的优点,设计了微分检测电路,用方波作为载波。该电路由方波信号发生器、微分电路、全波整流电路和滤波电路组成。经试验验证:可检测到10-... 通过对MEMS电容式加速度计的差分电容检测电路优缺点的比较,结合直流充放电检测方法和交流测量方法的优点,设计了微分检测电路,用方波作为载波。该电路由方波信号发生器、微分电路、全波整流电路和滤波电路组成。经试验验证:可检测到10-16F的差分电容,且其非线性度小于±1%FS,可作为MEMS电容式加速度计的后续处理电路。 展开更多
关键词 电容速度计 差分电容 全波整流
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改进的电容式微加速度计中电路噪声模型 被引量:3
17
作者 刘云涛 王颖 邵雷 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期522-527,共6页
为了在加速度传感器设计中准确预测系统电路噪声,优化电路设计参数,建立了改进的电容式微加速度计中的电路噪声模型.详细分析了电荷积分器中的运算放大器噪声、开关热噪声、驱动信号参考电压、寄生电容电阻对系统噪声的影响,分析了相关... 为了在加速度传感器设计中准确预测系统电路噪声,优化电路设计参数,建立了改进的电容式微加速度计中的电路噪声模型.详细分析了电荷积分器中的运算放大器噪声、开关热噪声、驱动信号参考电压、寄生电容电阻对系统噪声的影响,分析了相关双采样对热噪声和1/f噪声的影响,建立了微加速度计系统的输入参考噪声公式,所建立的电路噪声模型对各个电路噪声源进行综合考虑,没有忽略噪声源间的相互影响.仿真和测试结果表明:所建立的电路噪声模型能够准确的预测噪声水平,且开关热噪声在高精度微加速度计中严重影响着系统噪声水平. 展开更多
关键词 电容式微速度计 电路噪声模型 电荷积分器
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电容式微加速度计的噪声特性 被引量:3
18
作者 胡红革 文贵印 +2 位作者 余从唏 胡军 赵锡均 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2001年第11期18-19,23,共3页
电容式微加速度计的噪声包括机械热噪声和电热噪声 ;主要分析了机械热噪声在开环系统和闭环系统中的噪声特性以及开环系统和闭环系统检测的动态范围 ,提出电容式微加速度计的噪声主要由机械热噪声的大小决定 ;同时 。
关键词 电容式微速度计 机械热噪声 机械阻尼 噪声特性
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电容式微加速度计开环模式的非线性模型 被引量:2
19
作者 戴强 王向展 +2 位作者 罗谦 杨洪东 杨谟华 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期512-515,共4页
针对当前电容式微加速度计量程不高、开环模式非线性误差大的特点,根据力学理论和电路读出原理,并基于非线性特性中最大可测量加速度、初始工作点和吸合点与动定电极间距d的变化规律,提出了电容式微加速度计非线性模型.模型指出,随着输... 针对当前电容式微加速度计量程不高、开环模式非线性误差大的特点,根据力学理论和电路读出原理,并基于非线性特性中最大可测量加速度、初始工作点和吸合点与动定电极间距d的变化规律,提出了电容式微加速度计非线性模型.模型指出,随着输出电压的增加,可测量加速度近似成线性增加,在靠近最大可测量加速度αmax时斜率增大,其后随输出电压的增加而减小至吸合点;αmax由d和微结构梁弹性常数与质量之比λ决定,且d的作用优于λ;d在小于初始工作点时加速度计不能工作,该点由传感头参数η决定,且η的最佳取值范围为1×1019~2×1019,此时准静态条件下吸合点大于整个动电极行程的95%.该模型的提出对开环式加速度计的非线性误差纠正提供了理论支持,对加速度计的结构设计具有参考价值. 展开更多
关键词 电容式微速度计 非线性模型 开环模式 输入输出特性曲线 最大可测速度 初始工作点 吸合点
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电容式加速度计自动校零技术的研究 被引量:2
20
作者 朱武 孟逢逢 张佳民 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2005年第7期44-46,共3页
阐述了采用静电力自动调整微机械(MEMS)电容式加速度计零点的基本原理,设计了数字电位器MAX4502与单片机接口的自动校零电路,并给出了自动校零的程序流程图。实验表明零点可以伺服稳定在30μV以内,调零快、调零效果较好。
关键词 电容速度计 微机械 数字电位器 自动校零
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