[发明专利]用磁场相互作用力的原理测量微小长度的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量微小长度的方法和装置。

背景技术

随着科学技术和工业生产的发展，产品的小型化或微型化越来越成为一个重要的分支，因而微小长度的测量越来越多：如细丝、小孔、镀层厚度、集成电路中的氧化层厚度、各元件间的微小距离、计算机中磁头与磁盘间的微小间隙等等；而且精度要求也越来越高，如超大规模集成电路中要求位置的测量精度为0.1μm的数量级。科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足到纳米级，即微/纳米技术，微/纳米技术研究和探测物质结构的功能尺寸与分辨力达到微米至纳米级尺度，使人类在改造自然方面深入到原子、分子级的纳米层次。微/纳米技术的发展，离不开微米级和纳米级的测量技术与设备，而这些设备目前均是融合了光、机、电、算等多学科的综合技术，制作及应用十分复杂，技术水平超越了现有的纯机械、纯光学、纯电学等传统的测量技术。

现有的纳米测量仪器有扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AtomicForce Microscope简称AFM)等，但它们却存在各自的不足，如扫描隧道显微镜只能观测导体或半导体，而不能观测非导体；原子力显微镜的放射性容易破坏所观测物体，特别是在对微生物进行观测时，这类显微镜会影响分析结果。同时，这些观测仪器还有调试操作复杂、造价昂贵、量程小、精度还有待提高等不足，因此，时代的发展迫切地要求提出新的测量方法和装置以满足测量微小长度的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用磁场相互作用力的原理测量微小长度的方法和装置，它可解决现有纳米测量仪器存在调试操作复杂、造价昂贵、量程小、精度还有待提高的问题。

本发明用磁场相互作用力的原理测量微小长度的方法是这样完成的：通过两个磁场间距离的变化导致两个磁场间相互作用力的变化，利用传感器将作用力的变化传至计算机并根据磁场距离和相互作用力的对应关系公式进行运算得出两个磁场间的长度数据并显示出来，或者利用压力测量仪或拉力测量仪测量出该作用力的数值，并根据磁场距离和相互作用力的对应关系公式将两个磁场间的长度数据显示出来；所述磁场距离和相互作用力的对应关系公式如下：

即：F＝m₁m₂/4πμ₀r²    (1)

其中：F----两个磁场相互之间的作用力(N)；

μ₀----真空磁导率，其值为4π×10^-7(H·m^-1)；

m₁、m₂----磁场强度(Wb)；

r----两个磁极之间的距离(m)；

公式(1)可简化成：F＝(m₁m₂/4πμ₀)×(1/r²)    (2)

因为对于一个选定的两个磁极之间的磁作用力来说m₁和m₂是固定的，因此可以设：

m₁m₂/4πμ₀＝G    (3)

则：F＝G/r²       (4)