[发明专利]差动式垂直微力测量装置的测量方法

说明书

本申请是申请日为：20110727、申请号为：2011102124594、发明名称为：差动式垂直微力测量装置及测量方法 的发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明属于测量技术领域，特别涉及一种微力测量装置的测量方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展以及各种新材料、新产品的出现，需要微小力测量的场合越来越多。但是微小力值的计量体系还没有建立起来，到目前为止，10^-5牛顿以下的微、纳牛级超小力值可溯源的测量方法还没有建立起来，因此研制一种使用方便、价格低廉的微力值计量测试仪器以测量各种场合微小力就显得尤为重要。目前微力测量主要有压阻式、电容式、压电式等，压阻式测力是利用压阻材料的压阻效应制备的一种力测量装置，但这种方法容易受到温度的影响；电容式容易受到电磁场的干扰，压电微悬臂梁式测力成本低，但操作不便且量程较小。

目前柔性铰链机构在精密测量、标定等领域得到了广泛应用，但是关于柔性铰链变形、杠杆重心位置以及温度的变化对测量及标定精度的影响，还没有很好的解决方法，而在对微力进行标定或者测量时，为了获得更高的精度，必须要解决以上几方面对微力的标定或测量所造成的影响，重力以及温度产生的影响可能远远大于微力标定或测量的最大量程，对微力标定或测量产生致命的影响。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在不足之处，提供一种可满足一定测量精度的要求、并且低成本的差动式垂直微力测量装置的测量方法，用来为微小力值的测力系统提供支持。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明差动式垂直微力测量装置的测量方法，其特点是：

设置所述差动式垂直微力测量装置为：在水平放置的一级杠杆的中部设置一级支点，以所述一级支点为中心，在同一竖直平面内，一对二级杠杆对称分处在一级支点的两侧，并在各自一侧通过一级过渡杆与一级杠杆联结，所述一对二级杠杆还分别通过二级过渡杆与各自一侧的三级杠杆相联结，其中： 

所述一级杠杆的一端沿水平方向经延伸段形成为自由端，以所述自由端为被测量微力F1的输入端，所述一级杠杆的非自由端在杆侧部通过一级柔性铰链连接在一级过渡杆的底端；所述一级过渡杆的顶端通过二级柔性铰链连接在二级杠杆的杆内端侧部；

所述二级杠杆呈水平放置，二级支点位于二级杠杆的杆外端侧部，在所述二级支点和二级杠杆的杆内端之间设置三级柔性铰链将二级杠杆连接在二级过渡杆的底端；所述二级过渡杆的顶端通过四级柔性铰链连接在三级杠杆的杆外端侧部；

所述三级杠杆呈水平放置，三级杠杆杆内端为输出端，所述输出端与力传感器接触，三级支点设置在三级杠杆的中部，所述三级支点位于纵向轨道中，并可以由驱动装置驱动在纵向轨道中上下移动；

在所述一级过渡杆的中部通过固联的一级悬臂设置一级过渡杆配重块，使一级过渡杆的重心调整到一级柔性铰链所在位置处；在所述一级杠杆的非自由端设置一级杠杆配重块，使一级杠杆及其延伸段、一级过渡杆、一级悬臂及一级过渡杆配重块共同的重心调整到一级支点的位置上；在所述二级过渡杆的中部通过固联的二级悬臂设置二级过渡杆配重块，使二级过渡杆的重心调整到三级柔性铰链所在位置处；在所述二级杠杆的杆外端处设置二级杠杆配重块，使所述二级杠杆、二级过渡杆、二级悬臂及二级过渡杆配重块共同的重心调整到二级支点的位置处；在所述三级杠杆的三级支点与输出端之间的位置设置三级杠杆配重块，使所述三级杠杆的重心调整到三级支点所在位置处。

所述差动式垂直微力测量装置的测量方法是按以下方式实现差动测量：

定义一级杠杆的输入端所加载的力为0时，各杠杆所在的位置为初始位置；

在所述一级杠杆的输入端加载需要测量的垂直方向的微力F1,各杆件产生偏移，其中一对三级杠杆绕着各自的三级支点产生相反的倾斜，在一对三级杠杆的输出端产生相反的位移，根据被测量的微力F1的大小和方向，以驱动装置驱动所述一对三级支点沿纵向轨道作出相应的上下移动，直至一对四级柔性铰链恢复到初始位置，从而使除三级杠杆以外的其它各级杠杆及过渡杠杆也恢复到相应的初始位置，而一对三级杠杆的输出端的相对位移进一步加大，通过一对输出端产生的相对位移，将力传递到力传感器上，实现力的测量。

本发明差动式垂直微力测量装置的测量方法的特点也在于：