專利名稱：差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及各種新材料、新產(chǎn)品的出現(xiàn)，需要微小カ測(cè)量的場(chǎng)合越來(lái)越多。但是微小力值的計(jì)量體系還沒有建立起來(lái)，到目前為止，10_5牛頓以下的微、納牛級(jí)超小カ值可溯源的測(cè)量方法還沒有建立起來(lái)，因此研制ー種使用方便、價(jià)格低廉的微 力值計(jì)量測(cè)試儀器以測(cè)量各種場(chǎng)合微小カ就顯得尤為重要。目前微力測(cè)量主要有壓阻式、電容式、壓電式等，壓阻式測(cè)カ是利用壓阻材料的壓阻效應(yīng)制備的一種カ測(cè)量裝置，但這種方法容易受到溫度的影響；電容式容易受到電磁場(chǎng)的干擾，壓電微懸臂梁式測(cè)カ成本低，但操作不便且量程較小。目前柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)在精密測(cè)量、標(biāo)定等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是關(guān)于柔性鉸鏈變形、杠桿重心位置以及溫度的變化對(duì)測(cè)量及標(biāo)定精度的影響，還沒有很好的解決方法，而在對(duì)微力進(jìn)行標(biāo)定或者測(cè)量時(shí)，為了獲得更高的精度，必須要解決以上幾方面對(duì)微力的標(biāo)定或測(cè)量所造成的影響，重力以及溫度產(chǎn)生的影響可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于微力標(biāo)定或測(cè)量的最大量程，對(duì)微力標(biāo)定或測(cè)量產(chǎn)生致命的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在不足之處，提供一種可滿足一定測(cè)量精度的要求、并且低成本的差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法，用來(lái)為微小力值的測(cè)力系統(tǒng)提供支持。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特點(diǎn)是設(shè)置所述差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置為在水平放置的一級(jí)杠桿的中部設(shè)置ー級(jí)支點(diǎn)，以所述ー級(jí)支點(diǎn)為中心，在同一豎直平面內(nèi)，一對(duì)ニ級(jí)杠桿對(duì)稱分處在ー級(jí)支點(diǎn)的兩偵牝并在各自一側(cè)通過一級(jí)過渡桿與ー級(jí)杠桿聯(lián)結(jié)，所述ー對(duì)ニ級(jí)杠桿還分別通過ニ級(jí)過渡桿與各自一側(cè)的三級(jí)杠桿相聯(lián)結(jié)，其中所述ー級(jí)杠桿的一端沿水平方向經(jīng)延伸段形成為自由端，以所述自由端為被測(cè)量微力Fl的輸入端，所述ー級(jí)杠桿的非自由端在桿側(cè)部通過ー級(jí)柔性鉸鏈連接在一級(jí)過渡桿的底端；所述ー級(jí)過渡桿的頂端通過ニ級(jí)柔性鉸鏈連接在ニ級(jí)杠桿的桿內(nèi)端側(cè)部；所述ニ級(jí)杠桿呈水平放置，ニ級(jí)支點(diǎn)位于ニ級(jí)杠桿的桿外端側(cè)部，在所述ニ級(jí)支點(diǎn)和ニ級(jí)杠桿的桿內(nèi)端之間設(shè)置三級(jí)柔性鉸鏈將ニ級(jí)杠桿連接在ニ級(jí)過渡桿的底端；所述ニ級(jí)過渡桿的頂端通過四級(jí)柔性鉸鏈連接在三級(jí)杠桿的桿外端側(cè)部；
所述三級(jí)杠桿呈水平放置，三級(jí)杠桿桿內(nèi)端為輸出端，所述輸出端與力傳感器接觸，三級(jí)支點(diǎn)設(shè)置在三級(jí)杠桿的中部，所述三級(jí)支點(diǎn)位于縱向軌道中，并可以由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)在縱向軌道中上下移動(dòng)； 在所述ー級(jí)過渡桿的中部通過固聯(lián)的ー級(jí)懸臂設(shè)置ー級(jí)過渡桿配重塊，使ー級(jí)過渡桿的重心調(diào)整到ー級(jí)柔性鉸鏈所在位置處；在所述ー級(jí)杠桿的非自由端設(shè)置ー級(jí)杠桿配重塊，使一級(jí)杠桿及其延伸段、ー級(jí)過渡桿、一級(jí)懸臂及ー級(jí)過渡桿配重塊共同的重心調(diào)整到ー級(jí)支點(diǎn)的位置上；在所述ニ級(jí)過渡桿的中部通過固聯(lián)的ニ級(jí)懸臂設(shè)置ニ級(jí)過渡桿配重塊，使ニ級(jí)過渡桿的重心調(diào)整到三級(jí)柔性鉸鏈所在位置處；在所述ニ級(jí)杠桿的桿外端處設(shè)置ニ級(jí)杠桿配重塊，使所述ニ級(jí)杠桿、ニ級(jí)過渡桿、ニ級(jí)懸臂及ニ級(jí)過渡桿配重塊共同的重心調(diào)整到ニ級(jí)支點(diǎn)的位置處；在所述三級(jí)杠桿的三級(jí)支點(diǎn)與輸出端之間的位置設(shè)置三級(jí)杠桿配重塊，使所述三級(jí)杠桿的重心調(diào)整到三級(jí)支點(diǎn)所在位置處。所述差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法是按以下方式實(shí)現(xiàn)差動(dòng)測(cè)量定義ー級(jí)杠桿的輸入端所加載的カ為O時(shí)，各杠桿所在的位置為初始位置；在所述ー級(jí)杠桿的輸入端加載需要測(cè)量的垂直方向的微力Fl,各桿件產(chǎn)生偏移，其中一對(duì)三級(jí)杠桿繞著各自的三級(jí)支點(diǎn)產(chǎn)生相反的傾斜，在ー對(duì)三級(jí)杠桿的輸出端產(chǎn)生相反的位移，根據(jù)被測(cè)量的微力Fl的大小和方向，以驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述ー對(duì)三級(jí)支點(diǎn)沿縱向軌道作出相應(yīng)的上下移動(dòng)，直至一對(duì)四級(jí)柔性鉸鏈恢復(fù)到初始位置，從而使除三級(jí)杠桿以外的其它各級(jí)杠桿及過渡杠桿也恢復(fù)到相應(yīng)的初始位置，而ー對(duì)三級(jí)杠桿的輸出端的相對(duì)位移進(jìn)ー步加大，通過ー對(duì)輸出端產(chǎn)生的相對(duì)位移，將カ傳遞到カ傳感器上，實(shí)現(xiàn)カ的測(cè)量。本發(fā)明差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法的特點(diǎn)也在于在差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置中，在所述ー級(jí)支點(diǎn)、ニ級(jí)支點(diǎn)和三級(jí)支點(diǎn)所在位置處，一級(jí)杠桿、ニ極杠桿和三級(jí)杠桿分別通過各支點(diǎn)柔性鉸鏈與基座相連接，所述各支點(diǎn)柔性鉸鏈均懸置在基架上，與重力方向成一致。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在I、本發(fā)明方法基于柔性鉸鏈和杠桿原理建立了ー種三級(jí)杠桿柔性鉸鏈機(jī)構(gòu),可將要測(cè)量的垂直微力進(jìn)行放大，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易加工制造，且柔性鉸鏈的應(yīng)用減少了系統(tǒng)中的摩擦環(huán)節(jié)，提高了測(cè)量精度。2、本發(fā)明中的三級(jí)杠桿柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)采用重力平衡的方法，為各級(jí)杠桿設(shè)置配重，使ー級(jí)過渡桿的重心調(diào)整到ー級(jí)柔性鉸鏈處，ニ級(jí)過渡桿的重心調(diào)整到三級(jí)柔性鉸鏈處，一級(jí)杠桿和帶有配重結(jié)構(gòu)的ー級(jí)過渡桿共同的重心調(diào)整到ー級(jí)支點(diǎn)處，ニ級(jí)杠桿和帶有配重結(jié)構(gòu)的ニ級(jí)過渡桿共同的重心調(diào)整到ニ級(jí)支點(diǎn)處，三級(jí)杠桿的重心調(diào)整到三級(jí)支點(diǎn)處，消除了重心變化對(duì)各桿件造成的影響且抗干擾因素更強(qiáng)，使微力測(cè)量的結(jié)果更加精確。3、本發(fā)明采用對(duì)稱機(jī)構(gòu)，消除了溫度造成的杠桿變形的影響，利于測(cè)量精度的提聞。4、本發(fā)明ー級(jí)支點(diǎn)、ニ級(jí)支點(diǎn)和三級(jí)支點(diǎn)處的支點(diǎn)柔性鉸鏈均采用與重力方向成一致的設(shè)置，消除了重力對(duì)柔性鉸鏈造成的彎曲變形和彎曲應(yīng)力，否則，重力產(chǎn)生的彎矩會(huì)導(dǎo)致柔性鉸鏈的破壞。5、本發(fā)明中三級(jí)支點(diǎn)為可沿設(shè)置的縱向軌道上下移動(dòng)的支點(diǎn)，能保證在最終實(shí)現(xiàn)力測(cè)量時(shí)，一級(jí)杠桿、ニ級(jí)杠桿、ー級(jí)過渡桿及ニ級(jí)過渡桿在初始位置保持不動(dòng)，使柔性鉸鏈處的變形最小，并減少了柔性鉸鏈上的應(yīng)變能量損耗，提高了放大倍數(shù)和放大精度，使實(shí)際放大倍數(shù)接近理論放大倍數(shù)，在線性范圍內(nèi)擴(kuò)大了測(cè)量的量程。


圖I為本發(fā)明中差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中天平式垂直微力測(cè)量裝置原理圖；圖中標(biāo)號(hào)I 一級(jí)杠桿；2 —級(jí)支點(diǎn)；3 ニ級(jí)杠桿；4三級(jí)杠桿；5 —級(jí)過渡桿；6 ニ級(jí)過渡桿輸入端；8 —級(jí)柔性鉸鏈；9 ニ級(jí)柔性鉸鏈；10 ニ 級(jí)支點(diǎn)；11三級(jí)柔性鉸鏈；12四級(jí)柔性鉸鏈；13輸出端；14傳感器；15三級(jí)支點(diǎn)；16軌道；17驅(qū)動(dòng)裝置；18 ニ級(jí)杠桿延伸部分；la —級(jí)杠桿配重塊；3a ニ級(jí)杠桿配重塊；4a三級(jí)杠桿配重塊；5a —級(jí)懸臂；5b —級(jí)過渡桿配重塊；6a ニ級(jí)懸臂；6b ニ級(jí)過渡桿配重塊。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本實(shí)施例是在水平放置的一級(jí)杠桿I的中部設(shè)置ー級(jí)支點(diǎn)2，以ー級(jí)支點(diǎn)2為中心,在同一豎直平面內(nèi)，ー對(duì)ニ級(jí)杠桿3對(duì)稱分處在ー級(jí)支點(diǎn)2的兩側(cè)，并在各自ー側(cè)通過ー級(jí)過渡桿5與一級(jí)杠桿I聯(lián)結(jié)，ー對(duì)ニ級(jí)杠桿3還分別通過ニ級(jí)過渡桿6與各自ー側(cè)的三級(jí)杠桿4相聯(lián)結(jié)，其中圖I所示，一級(jí)杠桿I的一端沿水平方向經(jīng)延伸段18形成自由端7，以自由端7為被測(cè)量微力Fl的輸入端，一級(jí)杠桿I的非自由端在桿側(cè)部通過ー級(jí)柔性鉸鏈8連接在ー級(jí)過渡桿5的底端；ー級(jí)過渡桿5的頂端通過ニ級(jí)柔性鉸鏈9連接在ニ級(jí)杠桿3的桿內(nèi)端側(cè)部;ニ級(jí)杠桿3呈水平放置，ニ級(jí)支點(diǎn)10位于ニ級(jí)杠桿的桿外端側(cè)部，在ニ級(jí)支點(diǎn)10和ニ級(jí)杠桿3的桿內(nèi)端之間設(shè)置三級(jí)柔性鉸鏈11將ニ級(jí)杠桿3連接在ニ級(jí)過渡桿6的底端；ニ級(jí)過渡桿6的頂端通過四級(jí)柔性鉸鏈12連接在三級(jí)杠桿4的桿外端側(cè)部；三級(jí)杠桿4呈水平放置，三級(jí)杠桿的內(nèi)端為輸出端13，輸出端13與力傳感器14接觸，三級(jí)支點(diǎn)15設(shè)置在三級(jí)杠桿4的中部。為了在進(jìn)行微力測(cè)量時(shí)，使柔性鉸鏈處的變形最小，減少柔性鉸鏈上的應(yīng)變能量損耗，三級(jí)支點(diǎn)15可設(shè)置在縱向軌道16中，并可以由驅(qū)動(dòng)裝置17驅(qū)動(dòng)在縱向軌道16中上下移動(dòng)，這樣能保證在最終實(shí)現(xiàn)カ測(cè)量的時(shí)候，一級(jí)杠桿、ニ級(jí)杠桿、ー級(jí)過渡桿及ニ級(jí)過渡桿在初始位置保持不動(dòng)，提高了放大倍數(shù)和放大精度，使實(shí)際放大倍數(shù)接近理論放大倍數(shù)，在線性范圍內(nèi)擴(kuò)大了測(cè)量的量程。為了消除溫度的影響，兩個(gè)ニ級(jí)杠桿、兩個(gè)三級(jí)杠桿、兩個(gè)一級(jí)過渡桿及兩個(gè)ニ級(jí)過渡桿對(duì)稱地分布在ー級(jí)支點(diǎn)2的兩側(cè)。為了消除重心變化對(duì)各桿件造成的影響，可以在相應(yīng)位置上分別設(shè)置配重塊，包括在ー級(jí)過渡桿的中部通過固聯(lián)的一級(jí)懸臂5a設(shè)置ー級(jí)過渡桿配重塊5b，使一級(jí)過渡桿的重心調(diào)整到ー級(jí)柔性鉸鏈所在位置處；在一級(jí)杠桿I的非自由端設(shè)置ー級(jí)杠桿配重塊la，使一級(jí)杠桿I及其延伸段18、ー級(jí)過渡桿、一級(jí)懸臂及一級(jí)過渡配重塊共同的重心調(diào)整到ー級(jí)支點(diǎn)位置上；在ニ級(jí)過渡桿6的中部通過固聯(lián)的ニ級(jí)懸臂6a設(shè)置ニ級(jí)過渡桿配重塊6b，使ニ級(jí)過渡桿6的重心調(diào)整到三級(jí)柔性鉸鏈11所在位置處；在ニ級(jí)杠桿的桿外端設(shè)置ニ級(jí)杠桿配重塊3a，使ニ級(jí)杠桿3、ニ級(jí)過渡桿6、ニ級(jí)懸臂6a及ニ級(jí)過渡桿配重塊6b共同的重心調(diào)整到ニ級(jí)支點(diǎn)11所在位置處；在三級(jí)杠桿4的三級(jí)支點(diǎn)15與輸出端13之間的位置設(shè)置三級(jí)杠桿配重塊4a，使三級(jí)杠桿4的重心調(diào)整到三級(jí)支點(diǎn)15所在位置處；為了消除重心變化對(duì)各桿件造成的影響，配重塊也可以設(shè)置為在ー級(jí)過渡桿5的中部通過固聯(lián)的一級(jí)懸臂5a設(shè)置ー級(jí)過渡桿配重塊5b，使ー級(jí)過渡桿5的重心調(diào)整到ニ級(jí)柔性鉸鏈9所在位置處；在ニ級(jí)過渡桿6的中部通過固聯(lián)的ニ級(jí)懸臂6a設(shè)置ニ級(jí)過渡桿配重塊6b，使ニ級(jí)過渡桿6的重心調(diào)整到三級(jí)柔性鉸鏈11所在位置處；在ニ級(jí)杠桿3的桿外端處設(shè)置ニ級(jí)杠桿配重塊3a，使ニ級(jí)杠桿3、ー級(jí)過渡桿5、一級(jí)懸臂5a、ー級(jí)過渡桿配重塊5b、ニ級(jí)過渡桿6、ニ級(jí)懸臂6a及ニ級(jí)過渡桿配重塊6b共同的重心調(diào)整到ニ級(jí)支點(diǎn)11的位置處；在一級(jí)杠桿I的非自由端處設(shè)置一級(jí)杠桿配重塊la， 使一級(jí)杠桿I及其延伸段18的重心調(diào)整到ー級(jí)支點(diǎn)2的位置上；在三級(jí)杠桿4的三級(jí)支點(diǎn)15與輸出端13之間的位置設(shè)置三級(jí)杠桿配重塊4a，使三級(jí)杠桿4的重心調(diào)整到三級(jí)支點(diǎn)15所在位置處；為了消除重心變化對(duì)各桿件造成的影響，配重塊還可以設(shè)置為在ー級(jí)過渡桿5的中部通過固聯(lián)的一級(jí)懸臂5a設(shè)置ー級(jí)過渡桿配重塊5b，使ー級(jí)過渡桿5的重心調(diào)整到ニ級(jí)柔性鉸鏈9所在位置處；在ニ級(jí)杠桿3的桿外端處設(shè)置ニ級(jí)杠桿配重塊3a，使ニ級(jí)杠桿3、ー級(jí)過渡桿5、一級(jí)懸臂5a及ー級(jí)過渡桿配重塊5b共同的重心調(diào)整到ニ級(jí)支點(diǎn)11的位置處；在ニ級(jí)過渡桿6的中部通過固聯(lián)的ニ級(jí)懸臂6a設(shè)置ニ級(jí)過渡桿配重塊6b，使ニ級(jí)過渡桿6的重心調(diào)整到四級(jí)柔性鉸鏈12所在位置處；在三級(jí)杠桿4的三級(jí)支點(diǎn)15與輸出端13之間的位置設(shè)置三級(jí)杠桿配重塊4a，使三級(jí)杠桿4、ニ級(jí)過渡桿6、ニ級(jí)懸臂6a及ニ級(jí)過渡桿配重塊6b共同的重心調(diào)整到三級(jí)支點(diǎn)11所在位置處；在ー級(jí)杠桿I的非自由端處設(shè)置一級(jí)杠桿配重塊la，使一級(jí)杠桿I及其延伸段18的重心調(diào)整到一級(jí)支點(diǎn)2的位置上；具體實(shí)施中，可以去掉各級(jí)過渡桿的配重塊，但會(huì)降低力的測(cè)量精度并縮小力的測(cè)量范圍。為了消除重力對(duì)柔性鉸鏈造成的彎曲變形和彎曲應(yīng)力，避免重力產(chǎn)生的彎矩導(dǎo)致柔性鉸鏈的破壞，具體實(shí)施中在ー級(jí)支點(diǎn)2、ニ級(jí)支點(diǎn)11和三級(jí)支點(diǎn)15所在位置處，ー級(jí)杠桿I、ニ極杠桿3和三級(jí)杠桿4分別通過各支點(diǎn)柔性鉸鏈與基座相連接，各支點(diǎn)柔性鉸鏈均懸置在基架上，與重力方向成一致。本實(shí)施例中差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法是按以下方式實(shí)現(xiàn)差動(dòng)測(cè)量定義ー級(jí)杠桿的輸入端所加載的カ為O時(shí)，各杠桿所在的位置為初始位置；在一級(jí)杠桿的輸入端加載需要測(cè)量的垂直方向的微力Fl,各桿件產(chǎn)生偏移，其中一對(duì)三級(jí)杠桿繞著各自的三級(jí)支點(diǎn)產(chǎn)生相反的傾斜，在ー對(duì)三級(jí)杠桿的輸出端產(chǎn)生相反的位移，根據(jù)被測(cè)量的微力Fl的大小和方向，以驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)ー對(duì)三級(jí)支點(diǎn)沿軌道作出相應(yīng)的上下移動(dòng)，直至一對(duì)四級(jí)柔性鉸鏈恢復(fù)到初始位置，從而使除三級(jí)杠桿以外的其它各級(jí)杠桿及過渡杠桿也恢復(fù)到相應(yīng)的初始位置,而ー對(duì)三級(jí)杠桿的輸出端的相對(duì)位移進(jìn)ー步加大，通過ー對(duì)輸出端產(chǎn)生的相對(duì)位移，將カ傳遞到カ傳感器上，實(shí)現(xiàn)カ的測(cè)量。具體實(shí)施中也可以不用驅(qū)動(dòng)裝置17，而直接將三級(jí)支點(diǎn)15固定在機(jī)座上，這樣會(huì)降低力的測(cè)量精度，并減小力的測(cè)量范圍。
本發(fā)明測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)10_2以下的微力測(cè)量。本發(fā)明裝置也可以按如圖2所示作為天平進(jìn)行使用，將圖I中所示的一級(jí)杠桿的非自由端設(shè)置為如同自由端相同的形式，在輸入端加載要測(cè)量的物體的重力F，在另一端加 載標(biāo)準(zhǔn)砝碼G，輸出端測(cè)量的微力為F1，根據(jù)微力Fl的方向和大小，可以求出所要測(cè)量的力為F=F1+G或F=Fl-G,從而進(jìn)ー步求出物體的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征是 設(shè)置差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置為在水平放置的一級(jí)杠桿(I)的中部設(shè)置一級(jí)支點(diǎn)(2),以所述一級(jí)支點(diǎn)(2)為中心,在同一豎直平面內(nèi)，一對(duì)二級(jí)杠桿(3)對(duì)稱分處在一級(jí)支點(diǎn)(2)的兩側(cè)，并在各自一側(cè)通過一級(jí)過渡桿(5)與一級(jí)杠桿(I)聯(lián)結(jié)，所述一對(duì)二級(jí)杠桿(3)還分別通過二級(jí)過渡桿￠)與各自一側(cè)的三級(jí)杠桿(4)相聯(lián)結(jié)； 所述一級(jí)杠桿(I)的一端沿水平方向經(jīng)延伸段(18)形成為自由端(7)，以所述自由端(7)為被測(cè)量微力Fl的輸入端，所述一級(jí)杠桿(I)的非自由端在桿側(cè)部通過一級(jí)柔性鉸鏈(8)連接在一級(jí)過渡桿(5)的底端；所述一級(jí)過渡桿(5)的頂端通過二級(jí)柔性鉸鏈(9)連接在二級(jí)杠桿(3)的桿內(nèi)端側(cè)部； 所述二級(jí)杠桿(3)呈水平放置，二級(jí)支點(diǎn)(10)位于二級(jí)杠桿(3)的桿外端側(cè)部，在所述二級(jí)支點(diǎn)(10)和二級(jí)杠桿(3)的桿內(nèi)端之間設(shè)置三級(jí)柔性鉸鏈(11)將二級(jí)杠桿(3)連接在二級(jí)過渡桿￠)的底端；所述二級(jí)過渡桿￠)的頂端通過四級(jí)柔性鉸鏈(12)連接在三級(jí)杠桿(4)的桿外端側(cè)部； 所述三級(jí)杠桿(4)呈水平放置，三級(jí)杠桿(4)的桿內(nèi)端為輸出端(13)，所述輸出端(13)與力傳感器(14)接觸，三級(jí)支點(diǎn)(15)設(shè)置在三級(jí)杠桿(4)的中部，所述三級(jí)支點(diǎn)(15)位于縱向軌道(16)中，并可以由驅(qū)動(dòng)裝置(17)驅(qū)動(dòng)在縱向軌道(16)中上下移動(dòng)； 在所述一級(jí)過渡桿(5)的中部通過固聯(lián)的一級(jí)懸臂(5a)設(shè)置一級(jí)過渡桿配重塊(5b)，使一級(jí)過渡桿(5)的重心調(diào)整到一級(jí)柔性鉸鏈(8)所在位置處；在所述一級(jí)杠桿(I)的非自由端設(shè)置一級(jí)杠桿配重塊(la)，使一級(jí)杠桿(I)及其延伸段(18)、一級(jí)過渡桿(5)、一級(jí)懸臂(5a)及一級(jí)過渡桿配重塊(Ib)共同的重心調(diào)整到一級(jí)支點(diǎn)(2)的位置上；在所述二級(jí)過渡桿￠)的中部通過固聯(lián)的二級(jí)懸臂(6a)設(shè)置二級(jí)過渡桿配重塊(6b)，使二級(jí)過渡桿(6)的重心調(diào)整到三級(jí)柔性鉸鏈(11)所在位置處；在所述二級(jí)杠桿(3)的桿外端處設(shè)置二級(jí)杠桿配重塊(3a)，使所述二級(jí)杠桿(3)、二級(jí)過渡桿￠)、二級(jí)懸臂^a)及二級(jí)過渡桿配重塊^b)共同的重心調(diào)整到二級(jí)支點(diǎn)(10)的位置處；在所述三級(jí)杠桿(4)的三級(jí)支點(diǎn)(15)與輸出端(13)之間的位置設(shè)置三級(jí)杠桿配重塊(4a)，使所述三級(jí)杠桿⑷的重心調(diào)整到三級(jí)支點(diǎn)(15)所在位置處； 所述差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法是按以下方式實(shí)現(xiàn)差動(dòng)測(cè)量 定義一級(jí)杠桿的輸入端所加載的力為0時(shí)，各杠桿所在的位置為初始位置； 在所述一級(jí)杠桿的輸入端加載需要測(cè)量的垂直方向的微力Fl,各桿件產(chǎn)生偏移，其中一對(duì)三級(jí)杠桿繞著各自的三級(jí)支點(diǎn)產(chǎn)生相反的傾斜，在一對(duì)三級(jí)杠桿的輸出端產(chǎn)生相反的位移，根據(jù)被測(cè)量的微力Fl的大小和方向，以驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述一對(duì)三級(jí)支點(diǎn)沿縱向軌道作出相應(yīng)的上下移動(dòng)，直至一對(duì)四級(jí)柔性鉸鏈恢復(fù)到初始位置，從而使除三級(jí)杠桿以外的其它各級(jí)杠桿及過渡杠桿也恢復(fù)到相應(yīng)的初始位置，而一對(duì)三級(jí)杠桿的輸出端的相對(duì)位移進(jìn)一步加大，通過一對(duì)輸出端產(chǎn)生的相對(duì)位移，將力傳遞到力傳感器上，實(shí)現(xiàn)力的測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征是在所述差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置中，所述一級(jí)支點(diǎn)(2)、二級(jí)支點(diǎn)(11)和三級(jí)支點(diǎn)(15)所在位置處，一級(jí)杠桿(I)、二極杠桿(3)和三級(jí)杠桿(4)分別通過各支點(diǎn)柔性鉸鏈與基座相連接，所述各支點(diǎn)柔性鉸鏈均懸置在基架上，與重力方向成一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征是所述差動(dòng)式垂直微力測(cè)量裝置設(shè)置為在水平放置的一級(jí)杠桿的中部設(shè)置一級(jí)支點(diǎn)，以一級(jí)支點(diǎn)為中心，在同一豎直平面內(nèi)，一對(duì)二級(jí)杠桿對(duì)稱分處在一級(jí)支點(diǎn)的兩側(cè)，并在各自一側(cè)通過一級(jí)過渡桿與一級(jí)杠桿聯(lián)結(jié)，一對(duì)二級(jí)杠桿還分別通過二級(jí)過渡桿與各自一側(cè)的三級(jí)杠桿相聯(lián)結(jié)，本發(fā)明可以為微小力值的測(cè)力系統(tǒng)提供支持。
文檔編號(hào)G01L1/00GK102818661SQ20121031945
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者王勇, 劉煥進(jìn), 楊科, 滑志龍, 尹鵬飛, 姜禮杰 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)