[發(fā)明專利]微小力的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)測量系統(tǒng)及測量與標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610928922.8
• 申請日: 2016-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN107543636B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何世熠;夏彥;歐陽曉平;姜利祥;王三勝;韓然;歐學(xué)東;沈自才
• 申請（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號(hào): G01L1/08
• 分類號(hào): G01L1/08;G01L25/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種微小力的測量與標(biāo)定方法，基于低溫超導(dǎo)微小力動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)測量系統(tǒng)。該配套系統(tǒng)包括環(huán)狀超導(dǎo)導(dǎo)軌，硬磁轉(zhuǎn)子，硬磁轉(zhuǎn)子支撐在超導(dǎo)導(dǎo)軌上；轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子支架、葉片構(gòu)成，轉(zhuǎn)軸沿周向均勻開有通孔供轉(zhuǎn)子支架一端徑向插入，轉(zhuǎn)子支架另一端設(shè)置有葉片，葉片為矩形網(wǎng)狀薄板，每片葉片上附著所需測量的持續(xù)力，并在葉片下方角落處附著一小塊反光片用以測量。本發(fā)明突破了微小力測量領(lǐng)域?qū)τ谖㈦娮訉W(xué)系統(tǒng)及其精度的依賴，利用力在時(shí)間上的積分效應(yīng)，更加形象和直觀的測量并展示了待測微小力的精確數(shù)值，精度可達(dá)10^?9N，且在測量過程中實(shí)現(xiàn)了可視化效果，能夠更好的監(jiān)測評(píng)判測試過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微小力的測量與標(biāo)定的方法，特別是針對(duì)低阻力旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的微小力測量與標(biāo)定的方法。

背景技術(shù)

微小力測量指針對(duì)10^-5N以下的力進(jìn)行精確的測量，其在納米技術(shù)、微納制造、生物醫(yī)學(xué)、航天微推進(jìn)器等高新領(lǐng)域的發(fā)展中，有著廣闊的應(yīng)用前景和不可動(dòng)搖的實(shí)踐地位。

文獻(xiàn)“D.B.Newell,J.R.Pratt,J.A.Kramar,D.T.Smith and E.R.Williams.TheNIST Microforce Realization and Measurement Project[J].IEEE Transactions onInstrumentation and Measurement,2003,52(2):508-511.”公開了美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所基于靜電復(fù)現(xiàn)原理設(shè)計(jì)的靜電力天平及其配套的測量方法。它實(shí)現(xiàn)了對(duì)大小在10^-8N～10^-4N范圍內(nèi)的力的測量，相對(duì)誤差約為10^-4量級(jí)。英國國家物理實(shí)驗(yàn)室利用靜電平衡同樣研制了一套微小力測量系統(tǒng)及其配套的測量方法，測量范圍為10^-9N～10^-6N，分辨率達(dá)到了5×10^-11N。更進(jìn)一步，文獻(xiàn)“Christian Schlegel,Oliver Slanina,Günther Haucke,RolfKumme.Construction of a standard force machine for the range of 100μN(yùn)-200mN[J].Measurement,2012:1-5.”公開了德國國家物理實(shí)驗(yàn)室基于導(dǎo)電圓盤擺和一對(duì)平行極板研制出的一種電磁力平衡裝置，利用其配套的測量方法可測量10^-5N以下的靜態(tài)力且分辨率為10^-12N。

在微小力測量方面，國內(nèi)尚處于初級(jí)探索階段。例如文獻(xiàn)“于鵬,董再勵(lì)等.亞微牛頓級(jí)力測量裝置:中國,201096557Y[P].2008-08-06.”所公開的中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所基于PVDF壓電材料實(shí)現(xiàn)的3×10^-6N范圍內(nèi)精度達(dá)2×10^-7N的靜力測量系統(tǒng)，以及文獻(xiàn)“秦海峰，劉永錄.微小力值測量裝置:中國,201477009U[P].2012-05-19.”公開的中國科學(xué)院長春光機(jī)采用懸臂梁技術(shù)，研制出的用以測量范圍在0-3.1×10^-5N，分辨率為4.6×10^-5N的微力傳感器都是國內(nèi)微小力探測方面的嘗試，但是基本都屬于微電系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。

以上所述的技術(shù)方案均是利用復(fù)雜的微電系統(tǒng)和相關(guān)效應(yīng)對(duì)微小力進(jìn)行靜態(tài)測量，其發(fā)展和應(yīng)用依賴于微電子電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性以及微電子產(chǎn)品的不斷更新。其中所涉及的方法與標(biāo)定，都是基于微電子電路的設(shè)計(jì)與組合。隨著微電子產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，相關(guān)的技術(shù)方案均會(huì)越發(fā)成熟，但是與此同時(shí)會(huì)出現(xiàn)邊際效應(yīng)，其進(jìn)步將越來越大地受限于微電子學(xué)的應(yīng)用極限。因此，從其他領(lǐng)域?qū)ξ⑿×y量進(jìn)行技術(shù)方案創(chuàng)新與構(gòu)造是必要的，這不僅能夠豐富測量標(biāo)定手段，還可以將二者進(jìn)行對(duì)比與參考，得到更加先進(jìn)、更加精確的方法和結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有靜態(tài)測量技術(shù)的不足與偏頗，提供一種不以微電子學(xué)科為背景的，基于低阻力旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的微小力動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)及其測量方法與標(biāo)定方法。