[發明專利]差動式垂直微力加載裝置的加載方法

有效

• 申請號: 201210319440.4
• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102829918A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 王勇;劉曉峰;王秋杰;劉煥進;劉正士
• 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

本申請是申請日為：20110727、申請號為：2011102124289、發明名稱為：差動式垂直微力加載裝置及加載方法的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及應用在測量技術領域中的微力加載裝置的加載方法。

背景技術

隨著現代科學技術的蓬勃發展，需要微小力值的場合越來越多，例如微機電系統中微尺度下構件的力學特性研究、微觀摩擦現象測量、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展顯得相對滯后。目前常規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定方法，因受影響的因素較多帶來不穩定性；近年來利用壓電元件產生微力的應用越來越多，但這種方法成本高、操作復雜，且產生的力范圍較小。

柔性鉸鏈機構已在精密測量、標定等領域得到廣泛應用，但是關于柔性鉸鏈變形、杠桿重心位置以及溫度的變化對測量及標定精度的影響尚缺少綜合的考慮和研究，迄今未見有關為消除重力和溫度兩方面因素影響的相關結構設計，而在對微力進行標定或者測量時，為了獲得更高的精度，必須要解決以上幾方面對微力的標定或測量所造成的影響，因為，重力以及溫度產生的影響可能遠遠大于微力加載的最大量程，對微力加載產生致命的影響。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在不足之處，提供一種可滿足一定精度力值的要求、并且低成本的差動式垂直微力加載裝置的加載方法，用來對微力傳感器、微機電系統以及各種微力檢測器進行標定，并為微小力值的測力系統提供支持。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明差動式垂直微力加載裝置的加載方法，其特點是：

設置所述差動式垂直微力加載裝置為：在水平放置的二級杠桿的中部設置二級支點，以所述二級支點為中心，在同一豎直平面內，一對一級杠桿對稱分處在二級支點的兩側，并分別通過各自一側的過渡桿與二級杠桿相聯結。

所述一級杠桿呈水平放置，加載砝碼設置在作為輸入端的一級杠桿的桿外端，一級支點位于一級杠桿的中部，一級杠桿的桿內端在桿側部通過一級柔性鉸鏈連接在過渡桿的頂端，所述過渡桿的底端通過二級柔性鉸鏈與二級杠桿的桿端側部相連接；所述二級杠桿的一端沿水平方向延伸，并經延伸段形成自由端，在所述二級杠桿的自由端設置探針，以所述探針與設置在微動平臺上的力傳感器相接觸。

在所述過渡桿的中部通過固聯的懸臂設置過渡桿配重塊，使過渡桿的重心調整到二級柔性鉸鏈所在位置處；在所述一級杠桿的桿外端處設置一級杠桿配重塊，使所述一級杠桿的重心調整到一級支點的位置處；在所述二級杠桿的非自由端設置二級杠桿配重塊，使二級杠桿及其延伸段、過渡桿、懸臂及過渡桿配重塊共同的重心調整到二級支點的位置處。

本發明差動式垂直微力加載裝置的加載方法是按以下方式之一實現差動加載：

方式一、在兩輸入端加載相同質量的加載砝碼，此時探針處于初始位置上；設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量差值，使探針出現偏移，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量差值和力傳感器的位移決定加載力的大小。

本發明中所述差動式垂直微力加載裝置的結構特點也在于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通過各支點柔性鉸鏈懸置在基座上，所述各支點柔性鉸鏈與重力方向成一致。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：

1、本發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，用于產生微小作用力，利用砝碼加載力，簡單可靠、操作方便，能在一定范圍內進行動態加載，可廣泛應用在多種場合；

2、本發明柔性鉸鏈的應用減少了標定系統中的摩擦環節，提高了標定精度。

3、本發明通過設置各配重塊，首先使過渡桿的重心調整到二級柔性鉸鏈位置處，然后使二級杠桿及帶有配重結構的過渡桿共同的重心調整在二級支點位置處；最后使一級杠桿的重心調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，使產生的微力更加穩定，抗干擾因素強；

4、本發明采用對稱機構，消除了溫度的影響，提高了力加載精度。