[發明專利]一種實現高精度測量豎直移動方向的裝置及方法

有效

• 申請號: 201310470249.4
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103486956A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 張鐘華;曾濤;李正坤;韓冰;魯云峰;李世松
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01B7/00
• 分類號: G01B7/00;G01B7/04
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 郭韞

技術領域

本發明屬于測量領域，具體涉及一種實現高精度測量豎直移動方向的裝置及方法。

背景技術

在精密實驗中常常需要把某種裝置嚴格按豎直方向(鉛垂線方向)移動。但是，實際上的移動路徑與鉛垂線方向總會有一定的偏差，從而帶來一定的實驗誤差。要估計出這樣的誤差，需要一種能測量實際移動路線方向與鉛垂線偏差的儀器。

傳統的測量垂直方向的方法是測量光線在水平面上的反射角度。需要用一套較為復雜的光學系統，裝置的安裝及操作都不太容易。同時，水平面一般用液體形成，液體面的波動會影響測量準確性。本發明中提出的新方法不僅裝置和操作簡便，而且準確度高，能滿足大部分實際需要。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種實現高精度測量豎直移動方向的裝置及方法，用較簡單的裝置高精度測量被測物豎直移動的路徑是否為鉛垂線，不僅裝置和操作簡便，而且準確度高，能滿足大部分實際需要。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種實現高精度測量豎直移動方向的裝置，包括電容傳感器和精密變壓器電橋；

所述電容傳感器的高電位電極和指零電極分別與所述精密變壓器電橋連接；

所述指零電極與豎直移動裝置固定連接；

所述指零電極與高電位電極之間電容量的變化能夠指示出豎直移動裝置的移動方向是否為鉛垂方向。

所述高電位電極采用鉛垂的漆包線，所述漆包線的上端固定，下端通過帶屏蔽的測量線與所述精密變壓器電橋連接，在所述漆包線的下端懸掛有重錘。

所述帶屏蔽的測量線與漆包線下端的連接位置低于指零電極的下邊緣。

所述裝置進一步包括容器，在所述容器內裝滿阻尼液，所述重錘完全浸沒在所述阻尼液內。

所述指零電極采用球面電極，所述球面電極的球面端靠近所述漆包線的中部，所述球面電極的球面端與漆包線之間的距離在0.5mm～1mm之間；所述球面電極的另一端與垂直移動裝置固定連接，并通過帶屏蔽的測量線與所述精密變壓器電橋連接。

所述球面電極的球面端的形狀為球面的一部分，其曲率半徑與該球面到移動裝置中心的距離之間的差值小于等于1毫米。

所述球面電極外面包裹有靜電屏蔽殼，所述靜電屏蔽將球面電極的后面和側面均包裹住，只露出球面電極前端的球面端；

所述靜電屏蔽殼與球面電極之間設有絕緣層，球面電極、絕緣層和靜電屏蔽殼通過螺絲固定安裝在一起。

一種實現高精度測量豎直移動方向的方法，包括：

(1)將待測的豎直移動裝置與球面電極的一端固定連接；

(2)將鉛垂的漆包線下端連接的重錘完全浸沒到阻尼液中；

(3)將球面電極的球面端與漆包線的距離設置在0.5mm～1mm之間；

(4)將連接在漆包線下端和球面電極上的帶屏蔽的測量線分別接入精密變壓器電橋的BNC信號輸入端口；

(5)開啟精密變壓器電橋，開始測量，指零電極隨著豎直移動裝置上下移動時，精密變壓器電橋上的讀數為指零電極與鉛垂的漆包線之間電容量的變化，而該電容量的變化反映了指零電極與漆包線之間水平方向距離的變化，也就是移動路線與鉛垂線之間水平距離的變化，進而判斷出豎直移動裝置的移動方向是否為鉛垂方向。

所述鉛垂的漆包線是這樣實現的：

選出一段直徑均勻性優于0.1μm的漆包線；

在該漆包線的下端掛上重錘；

在漆包線的兩端通入電流，然后逐步調大電流，當漆包線發熱達到熱屈服極限時，漆包線自行伸長；

逐步減小電流，直到電流為零。

所述重錘的重量為該漆包線所能承受極限重量的80％。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：利用本發明測量移動方向與鉛垂方向偏離的精度可達高達0.1μm。比起光學方法來，裝置簡單，操作方便。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構示意圖。

圖2是用于建立質量量子標準的“能量天平”裝置。

圖3是求出天平“特定位置”的實驗曲線。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述：