[实用新型]一种用于微纳米尺度二维尺寸测量的微触觉测头

权利要求书

1.一种用于微纳米尺度二维尺寸测量的微触觉测头，其特征在于：所述的微触觉测头由圆形基底、电容式传感器阵列、悬梁、测针、悬挂弹簧及限位结构组成；圆形基底用于固定传感器阵列及悬梁；电容式传感器阵列作为敏感单元，用以感知位移变化；悬梁用于连接测针及传感器阵列；测针直接与被测物接触，以探测并传递位移量；悬挂弹簧起悬挂、调平悬梁的作用，并可调节测量力；限位结构用来限制悬梁及测针运动的自由度，使其只能以悬梁顶端的小球球心为原点旋转，从而消除了测针和悬梁的整体偏移，保证了横向位移测量的精度。

2.根据权利要求 1 所述的一种用于微纳米尺度二维尺寸测量的微触觉测头，其特征在于：所述的敏感单元阵列由四个电容式传感器组成，电容极板采用超精密加工技术加工成以旋转原点为圆心的部分环形，从而使探测的位移变化与电容值变化呈近似的线性关系；电容式传感器阵列可通过不同的电连接方式连接成变面积型和变电介质型；悬梁采用十字型，以便将测针测量端的位移传递给电容传感器，从而改变电容值，同时，悬梁应具有较好的刚度，以减小因悬臂变形引入的误差；悬梁的中心连接体厚度设计为与悬臂相同，以减少重力引起的悬臂变形，悬臂的长度可根据灵敏度要求确定。

3.根据权利要求 1 所述的一种用于微纳米尺度二维尺寸测量的微触觉测头，其特征在于：所述的限位结构中间为一圆锥形孔，用以限制测针及悬梁的横向偏移，使测头的运动部分仅能绕悬梁顶端小球球心转动，对测头精度的提高起着重要作用；限位结构下方固定悬挂弹簧，可对悬挂弹簧进行轴向的精调，以使悬梁处于水平状态，或者通过调节悬挂弹簧来改变测量力；测针的测杆采用碳化钨材料，以保证刚度，并有效减轻测针的重量；测球采用红宝石材料，以减小球体的磨损和变形；为保证测针与悬梁结构、悬梁结构与电容传感器连接的垂直度及可靠性，装配时所有操作均在高精度的粘针平台上进行。

4.根据权利要求 1 所述的一种用于微纳米尺度二维尺寸测量的微触觉测头，其特征在于：所述的电容式传感器阵列采用四个电容式传感器组成敏感单元阵列，相对于传统的单个电容结构，有效地提高了位移检测的灵敏度，且测针及悬梁组成的杠杆机构对位移有一个放大作用，放大系数与悬梁的臂长呈正相关；由于采用多个电容式传感器，且处于同一方向的两个电容值变化趋势相反，故可将其连接成差动形式，不仅提高检测灵敏度，还能有效消除干扰，提高位移检测精度。