[發(fā)明專利]差動式水平微力加載裝置及加載方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110212470.0
• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102359844A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王勇;何鯤;孫敬慧;劉正士;劉煥進
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 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(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及應(yīng)用在測量技術(shù)領(lǐng)域中的微力加載裝置。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，需要微小力值的場合越來越多，例如微機電系統(tǒng)中微尺度下構(gòu)件的力學(xué)特性研究、微觀摩擦現(xiàn)象測量、微傳感微機器人裝配中微力檢測等，因此，微力傳感器的研究、制作、生產(chǎn)也就隨之開展而來。但是相對其研究制作，微力傳感器本身的性能測量發(fā)展顯得相對滯后。目前常規(guī)使用的滑輪砝碼方法無法進行微力加載力；已有洛倫茲力和靜電力標(biāo)定方法，因受影響的因素較多帶來不穩(wěn)定性；近年來利用壓電元件產(chǎn)生微力的應(yīng)用越來越多，但這種方法成本高、操作復(fù)雜，且產(chǎn)生的力范圍較小。

目前柔性鉸鏈機構(gòu)在精密測量、標(biāo)定等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是關(guān)于柔性鉸鏈變形、杠桿重心位置以及溫度的變化對測量及標(biāo)定精度的影響尚缺少綜合的考慮和研究，迄今未見為消除重力和溫度兩方面因素影響的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而在對微力進行標(biāo)定或者測量時，為了獲得更高的精度，必須要解決以上幾方面對微力的標(biāo)定或測量所造成的影響，因為，重力以及溫度產(chǎn)生的影響可能遠遠大于微力加載的最大量程，對微力加載產(chǎn)生致命的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在不足之處，提供一種可滿足一定精度力值的要求、并且低成本的水平微力加載裝置，用來對微力傳感器、微機電系統(tǒng)以及各種微力檢測器進行標(biāo)定，并為微小力值的測力系統(tǒng)提供支持。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明差動式水平微力加載裝置的結(jié)構(gòu)特點是以豎直設(shè)置的二級杠桿為中心桿，在同一豎直平面內(nèi)，一對一級杠桿對稱分處在二級杠桿的兩側(cè)，并分別通過各自一側(cè)的過渡桿與二級杠桿相聯(lián)結(jié)；

所述一級杠桿是由水平桿和豎直桿構(gòu)成的倒置的“L”型桿，加載砝碼設(shè)置在作為輸入端的水平桿的桿端，一級支點位于水平桿的中部，豎直桿的底端在桿側(cè)部通過一級柔性鉸鏈連接在過渡桿的外端，所述過渡桿的內(nèi)端通過二級柔性鉸鏈連接在二級杠桿的作用力點上；

所述二級杠桿的底端設(shè)置為二級支點，二級杠桿的頂端為自由端，在所述二級杠桿的頂端設(shè)置探針，以所述探針與設(shè)置在微動平臺上的力傳感器相接觸；

在所述過渡桿的外端固聯(lián)一對朝向過渡桿內(nèi)端所在一側(cè)延伸的連桿，在所述連桿的桿端固聯(lián)過渡桿配重塊，使所述過渡桿的重心調(diào)整到二級柔性鉸鏈所在位置處；在所述一級杠桿的水平桿桿端處設(shè)置一級杠桿配重塊，使所述一級杠桿的重心調(diào)整到一級支點位置處；在所述二級杠桿上，位于二級支點和二級柔性鉸鏈之間的位置通過固聯(lián)的懸臂設(shè)置二級杠桿配重塊，使二級杠桿、過渡桿、連桿及過渡桿配重塊共同的重心調(diào)整到二級支點的位置上。

本發(fā)明差動式水平微力加載裝置的結(jié)構(gòu)特點是在所述一級支點和二級支點位置處，一級杠桿和二級杠桿分別是通過各支點柔性鉸鏈設(shè)置在基座上，所述各支點柔性鉸鏈懸置在機座上，與重力方向成一致。

本發(fā)明差動式水平微力加載裝置的加載方法是按以下方式實現(xiàn)差動加載：

方式一、在兩輸入端加載相同質(zhì)量的加載砝碼，此時探針處于初始位置上；設(shè)置力傳感器在初始位置保持不動，改變兩輸入端加載砝碼的質(zhì)量差值，在所述力傳感器上獲得不同的大小的加載力；

方式二、在兩輸入端加載相同質(zhì)量的加載砝碼，此時探針處于初始位置上，然后改變兩輸入端加載砝碼的質(zhì)量差值，使探針出現(xiàn)偏移，由力傳感器將探針從偏移的位置逐步推移到初始位置，力傳感器距離初始位置越近，探針對力傳感器的作用力越大，最終由兩輸入端加載砝碼的質(zhì)量差值和力傳感器的位移決定加載力的大小。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明基于柔性鉸鏈和杠桿原理建立了一種二級杠桿力縮小機構(gòu)，用于產(chǎn)生微小作用力，柔性鉸鏈的應(yīng)用減少了標(biāo)定系統(tǒng)中的摩擦環(huán)節(jié)，提高了標(biāo)定精度。

2、本發(fā)明利用砝碼加載力，簡單可靠、操作方便，能在一定范圍內(nèi)進行動態(tài)加載，可廣泛應(yīng)用在多種場合。

3、本發(fā)明通過設(shè)置各配重塊，首先使過渡桿的重心調(diào)整到二級柔性鉸鏈位置處，然后使二級杠桿及帶有配重結(jié)構(gòu)的過渡桿共同的重心調(diào)整在二級支點位置處；最后使一級杠桿的重心調(diào)整在一級支點位置上，消除了重心變化對各桿件造成的影響，使產(chǎn)生的微力更加穩(wěn)定，抗干擾因素強。

4、本發(fā)明采用對稱機構(gòu)，消除了溫度的影響，提高了力的加載精度。

5、本發(fā)明一級支點和二級支點處的各支點柔性鉸鏈均采用與重力方向成一致的設(shè)置，消除了重力對柔性鉸鏈造成的彎曲變形和彎曲應(yīng)力，否則，重力產(chǎn)生的彎矩會導(dǎo)致柔性鉸鏈的破壞。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中水平微力加載裝置原理圖；