[发明专利]一种基于电磁补偿天平的微纳力值标准装置及其溯源方法

权利要求书

1.一种基于电磁补偿天平的微纳力值标准装置，其特征在于，包括： 

电磁补偿天平，用于测量微小力值； 

载荷柱，固定在电磁补偿天平的中部，所述载荷柱的顶部设有接触片，用于与被测微悬臂或微力传感器相接触； 

微动台，通过悬臂梁安装杆与被测微悬臂或微力传感器相连，用于使被测微悬臂或微力传感器能沿Z轴作直线运动； 

悬臂位置粗调单元，与所述微动台相连，用于实现所述微动台在X轴、Y轴、Z轴方向位移调整以及在X轴、Y轴方向的角度调整。 

2.根据权利要求1所述基于电磁补偿天平的微纳力值标准装置，其特征在于，所述接触片的顶部附着高粘度介质，或设有原子力显微镜标准标定器具。 

3.根据权利要求1或2所述基于电磁补偿天平的微纳力值标准装置，其特征在于，所述接触片为硅片。 

4.根据权利要求1所述基于电磁补偿天平的微纳力值标准装置，其特征在于，所述悬臂位置粗调单元包括：三维手动平台，其中的Z向位移台与所述微动台的底部相连；二维手动摆动台，与所述三维手动平台的底部相连；一维手动升降台，与所述二维手动摆动台的底部相连。 

5.根据权利要求1所述基于电磁补偿天平的微纳力值标准装置，其特征在于，还包括： 

水平观测显微镜头，位于所述接触片的侧边，用于从所述接触片的侧面水平观测所述接触片与所述被测微悬臂或微力传感器的接触状态； 

水平观测显微镜头位置调整单元，由三维手动平台以及手动转台组成， 所述三维手动平台与所述水平观测显微镜头相连，所述手动转台与所述三维手动平台的底部相连； 

垂直观测显微镜头，位于所述接触片的正上方，用于从所述接触片的顶面观测所述接触片与所述被测微悬臂或微力传感器的接触状态； 

垂直观测显微镜头位置调整单元，由沿Z轴设置的竖直架以及与所述竖直架顶端相连的水平架、一维手动升降台、二维手动平台以及手动转台组成，所述水平架用于固定所述垂直观测显微镜头；所述一维手动升降台与所述竖直架的底部相连；所述二维手动平台与所述一维手动升降台的底部相连；所述手动转台与所述二维手动平台的底部相连； 

隔振光学平台，用于放置所述电磁补偿天平、悬臂位置粗调单元、水平观测显微镜头位置调整单元、垂直观测显微镜头位置调整单元； 

密封罩，位于所述隔振光学平台上，用于罩住所述电磁补偿天平、载荷柱、被测微悬臂或微力传感器、微动台、悬臂位置粗调单元、水平观测显微镜头、水平观测显微镜头位置调整单元、垂直观测显微镜头、垂直观测显微镜头位置调整单元。 

6.根据权利要求1所述基于电磁补偿天平的微纳力值标准装置，其特征在于，还包括：控制计算单元，由控制模块、采集模块与计算调整模块组成，所述控制模块用于控制所述微动台的位移；所述采集模块用于采集所述电磁补偿天平、所述微动台以及所述被测微悬臂或微力传感器的输出数据；所述计算调整模块，用于根据所述采集模块采集的输出数据导出悬臂弹性常数、微力传感器力值灵敏度，并利用电磁补偿天平刚度、所述被测微悬臂的安装角度修正所述悬臂弹性常数，利用所述微力传感器的安装角度修正所述微力传感器力值灵敏度。 

7.一种采用基于电磁补偿天平的微纳力值标准装置对被测微悬臂的弹性常数或微力传感器的力值灵敏度进行的溯源方法，其特征在于，包括 步骤： 

调整悬臂位置粗调单元，使被测微悬臂或微力传感器位于载荷柱的正上方，所述载荷柱位于电磁补偿天平的中部； 

控制通过悬臂梁安装杆与被测微悬臂或微力传感器相连的微动台，使所述微动台带动所述被测微悬臂或微力传感器以一定的位移间隔沿Z轴向下作直线运动，让所述被测微悬臂或微力传感器与所述载荷柱相接触，并使所述被测微悬臂或微力传感器受力； 

采集所述电磁补偿天平、微动台以及所述被测微悬臂的输出数据，绘制力-变形曲线，由其线性回归方程导出所述被测微悬臂的弹性常数；或采集所述电磁补偿天平、微动台以及所述微力传感器的输出数据，绘制力-电压(或电阻)曲线，由其线性回归方程导出所述微力传感器的力值灵敏度； 

利用电磁补偿天平刚度、所述被测微悬臂的安装角度修正所述悬臂弹性常数，或利用所述微力传感器的安装角度修正所述微力传感器力值灵敏度。