[發明專利]壓電薄膜懸臂梁式微力傳感器的微力加載裝置

無效

• 申請號: 200710011275.5
• 申請日: 2007-05-10
• 公開（公告）號: CN101059381A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 崔巖;董維杰;王兢;陳會林;王立鼎
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于傳感器與測試技術領域，特別涉及壓電薄膜懸臂梁式微力傳感器的靜態和準靜態測試和標定。

背景技術

壓電薄膜懸臂梁式微力傳感器是基于MEMS技術的一種新型傳感器，已廣泛應用于掃描力顯微鏡等精密測試儀器中。為了檢測力傳感器是否達到所要求的技術性能指標，在使用力傳感器之前，必須在技術和性能上對其進行一次全面的檢驗，即動靜態標定。目前，采用垂直加載法對懸臂梁式微力傳感器進行靜態和準靜態標定的系統中，其微小力一般是由質量塊或彈簧施加在金屬針尖上，然后通過機械導軌保持力的方向垂直于樣品表面。這兩種力的加載方式，力的大小在0-20N，對于分辨率為微牛頓量級的微小力，其加載系統存在以下幾方面缺點：由于機械加載裝置存在附加力等難以消除的因素，增加了加載力的不穩定性和控制難度；這些加載裝置對加載力的精度要求較低，限制了壓電薄膜懸臂梁式微力傳感器在微牛頓量級力的標定。

發明內容

本發明的目的是發明一種簡易可靠的微小力加載裝置，規避了上述力加載裝置中存在的缺點，提高了微小力加載系統的分辨率。利用微米量級分厘卡分別在X軸、Y軸和Z軸方向上，精確地控制微探針在待測壓電薄膜懸臂梁式微力傳感器上的加載位置；采用壓電陶瓷驅動電源激勵帶微探針的壓電陶瓷片，利用壓電材料的逆壓電效應產生豎直方向的微位移，微探針將微位移傳遞到待測壓電薄膜懸臂梁式微力傳感器上，實現微小力的加載，進而對微小力進行標定。整個微小力的加載裝置采用加載部分剛性結構，利用微位移實現微小力的傳遞，并完成微牛頓量級力的加載。解決了微牛頓量級力加載的不穩定性和控制難的問題。

本發明采用的技術方案是一種壓電薄膜懸臂梁式微力傳感器的微力加載裝置，由一維微位移臺I，二維微位移臺II，壓電雙晶片微力發生器III及減震裝置IV組成；一維微位移臺I由X軸分厘卡組件、一維微位移臺底座6組成，其中，X軸分厘卡組件由X軸分厘卡旋鈕1、X軸分厘卡內刻度套筒2、X向內六角螺釘3、X向線性滑塊4、X軸分厘卡主軸5組成，帶有外刻度的X軸分厘卡旋鈕1與X軸分厘卡主軸5的一端螺紋連接，X軸分厘卡旋鈕1與X軸分厘卡內刻度套筒2間隙配合，X軸分厘卡內刻度套筒2與帶導套的X向線性滑塊4過盈配合，并由X向內六角螺釘3固定在X向線性滑塊4的導套上，一維微位移臺底座6形狀為直角型，水平底面是導軌面，與X向線性滑塊4的底導軌面相配合，一維微位移臺底座6的垂直面為Z向平面，通過4個內六角螺釘7固接在二維微位移臺底座18的右平面上，在一維微位移臺底座6內腔中裝有X向彈簧30，X向彈簧30一端固定在一維微位移臺底座6內腔中，另一端與X向線性滑塊4固接；

二維微位移臺II由Y軸分厘卡組件、Z軸分厘卡組件、二維微位移臺底座18、支板19和支板內六角螺釘20組成，其中，Y軸分厘卡組件由Y軸分厘卡旋鈕8、Y軸分厘卡內刻度套筒9、Y向內六角螺釘10、Y向線性滑塊11、Y軸分厘卡主軸12組成，帶有外刻度的Y軸分厘卡旋鈕8與Y軸分厘卡主軸12一端螺紋連接，Y軸分厘卡旋鈕8與Y軸分厘卡內刻度套筒9間隙配合，Y軸分厘卡內刻度套筒9與帶導套的Y向線性滑塊11過盈配合，并由Y向內六角螺釘10固定在Y向線性滑塊11的導套上；Z軸分厘卡組件由Z軸分厘卡旋鈕13、Z軸分厘卡內刻度套筒14、Z向內六角螺釘15、Z向線性滑塊16、Z軸分厘卡主軸17組成，帶有外刻度的Z軸分厘卡旋鈕13與Z軸分厘卡主軸17一端螺紋連接，Z軸分厘卡旋鈕13與Z軸分厘卡內刻度套筒14間隙配合，Z軸分厘卡內刻度套筒14與帶導套的Z向線性滑塊16過盈配合，并由Z向內六角螺釘15固定在Z向線性滑塊16的導套上；二維微位移臺底座18形狀為正方形，水平方向為Y軸，垂直方向為Z軸，二維微位移臺底座18水平底面和垂直面均為導軌面，分別與Y向線性滑塊11和Z向線性滑塊16的導軌面相配合；在二維微位移臺底座18的內腔中沿水平方向和垂直方向分別裝有Y向彈簧31和Z向彈簧32，Y向彈簧31和Z向彈簧32的一端分別固定在二維微位移臺底座18的內腔中，Y向彈簧31的另一端與Y向線性滑塊11固接，Z向彈簧32的另一端與Z向線性滑塊16固接，二維微位移臺底座18與支板19由支板內六角螺釘20固接；