[實用新型]一種基于靜電力原理的微納力值標準裝置

有效

• 申請號: 201420554210.0
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN204101217U
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 胡剛;蔣繼樂;張智敏;孟峰
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L25/00
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 郭韞

1.一種基于靜電力原理的微納力值標準裝置，其特征在于，由靜電力發生單元、內電極位置調整單元、微小力值引入單元、外電極位置調整單元、懸臂位置調整單元、觀測單元、測量控制單元組成；

所述靜電力發生單元包括：第一內電極，頂端設有第一主軸；外電極，同軸設置在所述第一內電極外側；第二內電極，頂端設有第二主軸；

所述內電極位置調整單元，用于調整所述第一內電極、第二內電極的位置，包括：支撐桿，沿Z軸方向設置；XY軸電動擺動臺，與所述支撐桿的底部相連，用于調整所述支撐桿沿XY軸的俯仰角度；XY軸光柵尺平移臺，與所述XY軸電動擺動臺相連，用于調整所述XY軸電動擺動臺和支撐桿的XY軸位移；齒輪齒條夾持器，夾持在所述支撐桿上，用于沿Z軸方向移動，所述齒輪齒條夾持器上設有第一直角塊與第二直角塊；

所述微小力值引入單元包括：第一柔性鉸鏈組，一端與所述第一直角塊相連，另一端與所述靜電力發生單元的第一主軸相連；第二柔性鉸鏈組，一端與所述第二直角塊相連，另一端與所述靜電力發生單元的第二主軸相連；

所述外電極位置調整單元，用于調整所述靜電力發生單元中外電極的位置，包括：安裝桿，與所述外電極相連；壓電陶瓷微動臺，與所述安裝桿固定連接；壓電陶瓷微動臺調整組件，與所述壓電陶瓷微動臺的底部相連，用于調整所述壓電陶瓷微動臺的位置；

所述懸臂位置調整單元包括：懸臂梁安裝桿，一端安裝被測微懸臂或微力傳感器；懸臂梁位置調整組件，與所述懸臂梁安裝桿相連，用于調整所述懸臂梁安裝桿的位置；

所述觀測單元包括用于拍攝所述靜電力發生單元中第一內電極與外電極位置關系的同軸觀測相機組以及用于觀測所述懸臂位置調整單元中被測微懸臂或微力傳感器與所述微小力值引入單元中第一柔性鉸鏈組的接觸狀態的觀測顯微鏡組；

所述測量控制單元包括激光干涉位移測量器，用于通過位移差動測量方法測量所述靜電力發生單元中第一內電極、第二內電極的位移，以減小蠕變對內電極位移測量的影響。

2.根據權利要求1所述基于靜電力原理的微納力值標準裝置，其特征在于，還包括隔振臺以及放置在所述隔振臺上的雙層腔室；所述雙層腔室中的上層腔室為真空腔，用于放置所述靜電力發生單元、內電極位置調整單元、微小力值引入單元、外電極位置調整單元、懸臂位置調整單元、觀測單元；所述雙層腔室中的下層腔室為常壓腔，用于放置所述測量控制單元中的激光干涉位移測量器。

3.根據權利要求1所述基于靜電力原理的微納力值標準裝置，其特征在于，所述第一柔性鉸鏈組包括：

第一橫桿，其一端通過第一柔性鉸鏈與直角連接塊相連，另一端通過第二柔性鉸鏈與接觸端部相連，所述接觸端部用于與所述被測微懸臂或微力傳感器相接觸，所述直角連接塊用于與所述第一直角塊相連；

第二橫桿，與所述第一橫桿平行設置，所述第二橫桿的一端通過第三柔性鉸鏈與所述直角連接塊相連，另一端通過第四柔性鉸鏈與主軸連接端部相連，所述主軸連接端部用于與所述靜電力發生單元的第一主軸相連；

豎直連桿，用于連接所述接觸端部與主軸連接端部；

所述第一柔性鉸鏈、第二柔性鉸鏈、第三柔性鉸鏈和第四柔性鉸鏈的上表面為向下凹的橢圓弧形，其下表面與所述上表面呈軸對稱。

4.根據權利要求3所述基于靜電力原理的微納力值標準裝置，其特征在于，所述橢圓弧形的長軸為15mm，短軸為5mm，所述第一柔性鉸鏈、第二柔性鉸鏈、第三柔性鉸鏈和第四柔性鉸鏈的寬度為5mm,且其上表面與下表面的最小距離為0.1mm。

5.根據權利要求3所述基于靜電力原理的微納力值標準裝置，其特征在于，所述接觸端部的末端設有砝碼架，用于放置砝碼。

6.根據權利要求3所述基于靜電力原理的微納力值標準裝置，其特征在于，還包括：平衡固定桿，與所述直角連接塊相連，其上設有固定孔，通過銷釘將所述第一柔性鉸鏈組固定，防止所述接觸端部、主軸連接端部下垂。

7.根據權利要求1所述基于靜電力原理的微納力值標準裝置，其特征在于，所述微小力值引入單元中第一柔性鉸鏈組、第二柔性鉸鏈組的結構相同，且材料均為鈹青銅。