[發明專利]差動式水平微力測量裝置及測量方法

無效

• 申請號: 201110212466.4
• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102359843A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 王勇;劉煥進;姜禮杰;尹鵬飛;滑志龍;楊科
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00;G01L1/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種差動式水平微力測量裝置，其特征是以豎直設置的一級杠桿(1)為中心桿，在同 一豎直平面內，一對二級杠桿對稱分處在一級杠桿(1)的兩側，并分別通過各自一側的一級 過渡桿(4)與一級杠桿(1)聯結，所述一對二級杠桿還分別通過二級過渡桿(11)與各自一側的 三級杠桿(13)聯結；

所述一級杠桿(1)為一直桿，直桿的頂端設置為一級支點(2)，直桿的底端是作為輸入端 的自由端(3)，被測微力F1加載在直桿的自由端(3)；所述一級杠桿(1)的中部通過一級柔性 鉸鏈(5)與對稱分處在兩側的一級過渡桿(4)的內端相連接；

所述二級杠桿是由水平桿(6)和豎直桿(7)構成的倒置的“L”型桿，豎直桿(7)的底端在 桿側部通過二級柔性鉸鏈(8)連接在一級過渡桿(4)的外端，二級支點(9)位于水平桿(6)的桿 端側部，在二級支點(9)和豎直桿(7)之間設置三級柔性鉸鏈(10)將水平桿(6)與二級過渡桿 (11)的底端相連接，所述二級過渡桿(11)的頂端通過四級柔性鉸鏈(12)連接在三級杠桿(13) 的外端側部；

所述三級杠桿(13)呈水平設置，以在兩側對稱設置的一對三級杠桿(13)的內端為輸出端 (14)，所述輸出端(14)與力傳感器(15)相接觸，三級支點(16)設置在三級杠桿(13)的中部， 所述三級支點(16)位于縱向軌道(17)中，并可以由驅動裝置(18)驅動在縱向軌道(17) 中上下移動；

在所述一級過渡桿(4)的外端固聯一對朝向過渡桿內端所在一側延伸的連桿(4a)，在所 述連桿(4a)的桿端固聯一級過渡桿配重塊(4b)，使一級過渡桿(4)的重心調整到一級柔性鉸 鏈(5)所在位置處；在所述一級杠桿(1)上，位于一級支點(2)和一級柔性鉸鏈(5)之間的位置 通過固聯的一對一級懸臂(1a)設置一級杠桿配重塊(1b)，使一級杠桿(1)、一級過渡桿(4)、 連桿(4a)及一級過渡桿配重塊(4b)共同的重心調整到一級支點(2)的位置上；在所述二級過 渡桿(11)的中部固聯一對二級懸臂(11a)，在二級懸臂(11a)的臂端設置二級過渡桿配重塊 (11b)，使二級過渡桿(11)的重心調整到三級柔性鉸鏈(10)所在位置處；在所述二級杠桿的 水平桿(6)的桿端設置二級杠桿配重塊(6a)，使所述二級杠桿、二級過渡桿(11)、二級懸臂 (11a)及二級過渡桿配重塊(11b)共同的重心調整到二級支點(9)所在位置處；在所述三級杠 桿(13)的三級支點(16)與輸出端(14)之間的位置處設置三級杠桿配重塊(13a)，使所述三級 杠桿(13)的重心調整到三級支點(16)所在位置處。

2.根據權利要求1所述差動式水平微力測量裝置，其特征是在所述一級支點(2)、二級 支點(9)和三級支點(16)所在位置處，一級杠桿(1)、二極杠桿的水平桿(6)以及三極杠桿(13) 分別通過各支點柔性鉸鏈與基座相連接，所述各支點柔性鉸鏈均懸置在基架上，與重力方向 成一致。

3.一種權利要求1所述的差動式水平微力測量裝置的測量方法，其特征是按以下方式 實現差動測量：

定義一級杠桿的輸入端所加載的力為0時，一級杠桿、二級杠桿和三級杠桿所在的位置 為初始位置；

在所述一級杠桿的輸入端加載被測水平方向的微力F1，各桿件產生偏移，其中一對三級 杠桿繞著各自的三級支點產生相反的傾斜，在一對三級杠桿的輸出端產生相反的位移，根據 所測量微力的大小和方向，驅動裝置驅動所述一對三級支點沿縱向軌道作相應的縱向移動， 直至一對四級柔性鉸鏈恢復到初始位置，從而使除三級杠桿以外的其它各級杠桿及過渡杠桿 也恢復到相應的初始位置，而一對三級杠桿的輸出端的相對位移進一步加大，通過一對三級 杠桿的輸出端產生的相對位移將力傳遞到力傳感器上，實現力的測量。