本發(fā)明涉及地學(xué)儀器的傾斜測試技術(shù)，尤其涉及一種超高精度傾斜測試平臺(tái)。

背景技術(shù)：

在地球物理觀測儀器領(lǐng)域，地傾斜儀可以是1個(gè)方向（1維）或2個(gè)方向（2維）同時(shí)測量。根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)方向的指標(biāo)是最大誤差0.003角秒，量程2角秒，鑒別力0.0002角秒。用現(xiàn)有的傾斜平臺(tái)測試技術(shù)很難溯源，不能很好完成儀器的檢測和校準(zhǔn)工作。

在定位基座表面放置的傾斜儀器測量的是地殼表面的傾斜位移、速度、加速度的響應(yīng)；當(dāng)傾斜儀器放置在傾斜平臺(tái)上，而傾斜平臺(tái)又放置在定位基座表面上時(shí)，傾斜儀器測量的是地殼表面的傾斜角位移、速度、加速度加上傾斜平臺(tái)提供的傾斜角位移、速度、加速度的綜合響應(yīng)。當(dāng)平臺(tái)面與定位基座表面相對靜止時(shí)傾斜平臺(tái)提供的傾斜角位移、速度、加速度均為0，儀器輸出就是地殼表面的響應(yīng)曲線。采用時(shí)分工作時(shí)，即一段時(shí)間傾斜平臺(tái)保持靜止，一段時(shí)間傾斜平臺(tái)工作，儀器輸出曲線含有儀器測量地殼與平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)角位移給出的兩種信息。如能準(zhǔn)確得到傾斜平臺(tái)相對于定位基座表面相對位置關(guān)系，給出能溯源的標(biāo)準(zhǔn)角位移，傾斜儀器測量該標(biāo)準(zhǔn)角位移就能得到誤差（或負(fù)改正數(shù)）與不確定度，因此在測量過程中需要實(shí)時(shí)測量定位基座表面與傾斜平臺(tái)表面的高度變化，即用三個(gè)獨(dú)立的超高精度nm量級的光柵尺實(shí)時(shí)測量傾斜平臺(tái)的變化。

研制新型的地傾斜儀測試平臺(tái)有助于符合標(biāo)準(zhǔn)要求的溯源，對被測傾斜儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的鑒別力、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測試，提供被測儀器的改正數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不確定度。有利于地震行業(yè)統(tǒng)一地傾斜儀器的校準(zhǔn)、出廠檢測、運(yùn)行檢測的技術(shù)規(guī)程，保證測試數(shù)據(jù)的可信度，使被測儀器的實(shí)際測量數(shù)據(jù)成為有用的歷史資料而被保存。

傾斜平臺(tái)在x方向上能完整測試數(shù)據(jù)，包括鑒別力、量程、非線性、重復(fù)性、溯源、標(biāo)準(zhǔn)偏差等內(nèi)容。這時(shí)僅需x方向的傾斜抬升、給出角度信號即可，稱為一維傾斜平臺(tái)。如測試平臺(tái)具有在y方向傾斜抬升時(shí)，測試方向x的測量狀態(tài)保持不變的性能，則稱為1.5維傾斜平臺(tái)。如y方向能達(dá)到如x方向上完整測試數(shù)據(jù)的能力，同時(shí)具有在y（或x）方向傾斜抬升時(shí)，測試方向x（或y）的測量狀態(tài)保持不變的性能，則稱為二維傾斜平臺(tái)。

傾斜儀橫向影響的定義是，傾斜儀y軸（橫向）在垂直方向傾斜時(shí)引起傾斜儀測量方向x軸（縱向）輸出數(shù)據(jù)的變化稱為傾斜儀的橫向影響。為測試傾斜儀橫向影響，要求是測試平臺(tái)本身不產(chǎn)生橫向影響，即在y方向傾斜抬升時(shí)，測試方向x的測量狀態(tài)保持不變的性能。所以橫向影響的測試需用1.5維或2維傾斜平臺(tái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種超高精度傾斜測試平臺(tái)，以能方便溯源的微小地傾斜形變量的實(shí)驗(yàn)測試設(shè)備，用于現(xiàn)有與新研究的地傾斜儀器微小形變量的校準(zhǔn)與實(shí)驗(yàn)測試。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本平臺(tái)包括pc控制器、第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)、第1底座、第2底座、第1力平衡裝置、第2力平衡裝置、第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、平臺(tái)面板、定位基座和第3力平衡裝置；

其位置和連接關(guān)系是：

在平臺(tái)面板的左側(cè)下方設(shè)置有第1底座和第2底座，在平臺(tái)面板的下方右側(cè)中間位置設(shè)置有直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，第1底座、第2底座和直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)都設(shè)置在定位基座上；

在平臺(tái)面板左側(cè)對稱設(shè)置有第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)和第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)，在平臺(tái)面板的右側(cè)中間位置設(shè)置有第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)，第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)和第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)的探針分別與平臺(tái)面板的上表面接觸，第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)和第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)通過測量座設(shè)置在定位基座上，第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)通過龍門底座設(shè)置在定位基座上；

在平臺(tái)面板的下方前后兩側(cè)位置分別設(shè)置有第1力平衡裝置、第2力平衡裝置，在平臺(tái)面板左側(cè)設(shè)置有第3力平衡裝置，第1力平衡裝置、第2力平衡裝置和第3力平衡裝置上端的鋼珠與平臺(tái)面板的端蓋滑動(dòng)連接，第1力平衡裝置、第2力平衡裝置和第3力平衡裝置的底座設(shè)置在定位基座上；

pc控制器分別與直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)、第1底座和第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)連接，pc控制器采集第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)和第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)的探針位移信號，同時(shí)pc控制器控制直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、第1底座、第2底座的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

①本項(xiàng)目采用多點(diǎn)處理力的支承與測量的圖形強(qiáng)度，用a、o、b、c、d1、d2六點(diǎn)作

重力支承，d1、d2、a點(diǎn)用力平衡器支承（力平衡器已申報(bào)專利），平臺(tái)轉(zhuǎn)軸一側(cè)a、o、b的重力分配為45%、10%、45%，用o、b、c三點(diǎn)作位置支承，o點(diǎn)固定平臺(tái)位置，a、b、c是測量點(diǎn)，b點(diǎn)繞o點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，提供y軸傾斜角，c點(diǎn)繞aob線轉(zhuǎn)動(dòng)，提供x軸傾斜角；

②平臺(tái)不產(chǎn)生橫向影響，在測試傾斜儀橫向影響時(shí)，不影響c點(diǎn)的有效量程；

③為使平臺(tái)不產(chǎn)生橫向影響，平臺(tái)的xy坐標(biāo)系、長度基線、x、y的傾斜旋轉(zhuǎn)軸全部移到平臺(tái)上表面標(biāo)設(shè)線段，有利于直接測量；

④用超高精度的nm級光柵尺直接測量平臺(tái)上表面的空間位置，得到平臺(tái)的輸出角，光柵尺結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境影響小，長度保持穩(wěn)定可靠，溯源方便，測量速度快；

⑤用高速引動(dòng)器驅(qū)動(dòng)楔形塊，由水平轉(zhuǎn)為垂直向運(yùn)動(dòng)，工控機(jī)控制運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由光柵尺測量輸給被測傾斜儀的信號，回收被測傾斜儀的輸出，計(jì)算出被測傾斜儀的性能。

適用于傾斜平臺(tái)測試，完成儀器的檢測和校準(zhǔn)工作。

附圖說明

圖1是本平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本平臺(tái)的俯視圖；

圖3是第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是第1底座4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是第1力平衡裝置6的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是平臺(tái)面板10的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1—pc控制器；

2—第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)，

21—光柵尺安裝板，

22—探針，

23—讀數(shù)頭安裝板；

24—測量機(jī)構(gòu)橫支架，

25—測量機(jī)構(gòu)立柱，

26—測量機(jī)構(gòu)底座，

27—測量機(jī)構(gòu)調(diào)平螺釘；

3—第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)；

4—第1底座，

41—基座，

42—步進(jìn)電機(jī)，

43—升降立柱，

44—向心關(guān)節(jié)軸承外圈；

5—第2底座；

6—第1力平衡裝置，

61—力平衡底座，

62—力平衡支撐架，

63—重錘調(diào)節(jié)架，

64—重錘，

65—杠桿，

66—力平衡立柱

67—鋼珠；

7—第2力平衡裝置；

8—第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)；

81—龍門底座，

82—測量頭安裝板；

83—讀數(shù)頭安裝板，

84—光柵尺安裝板，

85—探針；

9—直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

91—直線電機(jī)，

92—楔形塊，

93—垂直向頂升桿，

94—頂升桿套筒；

10—平臺(tái)面板，

101—向心關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈，

102—端蓋，

103—套筒；

11—定位基座；

12—第3力平衡裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明：

一、總體

如圖1、2，本平臺(tái)包括pc控制器1、第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3、第1底座4、第2底座5、第1力平衡裝置6、第2力平衡裝置7、第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9、平臺(tái)面板10、定位基座11和第3力平衡裝置12；

其位置和連接關(guān)系是：

在平臺(tái)面板10的左側(cè)下方設(shè)置有第1底座4和第2底座5，在平臺(tái)面板10的下方右側(cè)中間位置設(shè)置有直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9，第1底座4、第2底座5和直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9都設(shè)置在定位基座11上；

在平臺(tái)面板10左側(cè)對稱設(shè)置有第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2和第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3，在平臺(tái)面板10的右側(cè)中間位置設(shè)置有第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8，第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3和第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8的探針22分別與平臺(tái)面板10的上表面接觸，第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2和第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3通過測量座設(shè)置在定位基座11上，第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8通過龍門底座81設(shè)置在定位基座11上；

在平臺(tái)面板10的下方前后兩側(cè)位置分別設(shè)置有第1力平衡裝置6、第2力平衡裝置7，在平臺(tái)面板10左側(cè)設(shè)置有第3力平衡裝置12，第1力平衡裝置6、第2力平衡裝置7和第3力平衡裝置12上端的鋼珠與平臺(tái)面板10的端蓋滑動(dòng)連接，第1力平衡裝置6、第2力平衡裝置7和第3力平衡裝置12的底座設(shè)置在定位基座11上；

pc控制器1分別與直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9、第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3、第1底座4和第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8連接，pc控制器1采集第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3和第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8的探針22位移信號，同時(shí)pc控制器1控制直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9、第1底座4、第2底座5的步進(jìn)電機(jī)42運(yùn)動(dòng)。

二、功能部件

1、pc控制器1

如圖1，pc控制器1是一種工控機(jī)，pc控制器1分別與直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9、第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3、第1底座4、第2底座5和第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8連接。

其功能是：采集第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3和第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8的探針位移信號和控制直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9和第1底座4和第2底座5的步進(jìn)電機(jī)42的運(yùn)動(dòng)。

其工作機(jī)理是：采用pc機(jī)采集三個(gè)光柵尺數(shù)據(jù)與被測量的傾斜儀器的輸出數(shù)據(jù)、控制直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9和第1底座4、第2底座5的步進(jìn)電機(jī)42的動(dòng)作、按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到測試報(bào)告，可遠(yuǎn)程搖控測量和自動(dòng)測量。

2、第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2

如圖1、圖3，第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2包括測量頭和測量座，測量頭包括光柵尺安裝板21、探針22和讀數(shù)頭安裝板23；測量座包括測量機(jī)構(gòu)橫支架24、測量機(jī)構(gòu)立柱25、測量機(jī)構(gòu)底座26和測量機(jī)構(gòu)調(diào)平螺釘27；

其位置和連接關(guān)系是：

測量機(jī)構(gòu)底座26設(shè)置在定位基座11上，測量機(jī)構(gòu)底座26兩側(cè)設(shè)置有兩個(gè)測量機(jī)構(gòu)調(diào)平螺釘27，測量機(jī)構(gòu)底座26中間位置設(shè)置有測量機(jī)構(gòu)立柱25，測量機(jī)構(gòu)立柱25上端設(shè)置有測量機(jī)構(gòu)橫支架24，測量機(jī)構(gòu)橫支架24右端連接讀數(shù)頭安裝板23，讀數(shù)頭安裝板23與光柵尺安裝板21滑動(dòng)連接，在光柵尺安裝板21下端設(shè)置有探針22。

其功能是：測量平臺(tái)面板10上表面一個(gè)測量點(diǎn)b垂直方向的位移變化。

其工作機(jī)理是：采用三個(gè)獨(dú)立nm級光柵尺同步測量平臺(tái)面與定位基座11面垂直位移的變化，光柵尺很容易溯源比測并能長期保持不變。

1）光柵尺安裝板21

光柵尺安裝板21是一種長方形薄金屬盒，其兩側(cè)設(shè)有與讀數(shù)頭安裝板23滑動(dòng)連接的楔形槽，光柵尺安裝板21下端設(shè)有與探針22上端連接的螺紋孔，光柵尺安裝板21內(nèi)側(cè)設(shè)有光柵尺；

其功能是：安裝固定探針22，同時(shí)光柵尺安裝板21內(nèi)的光柵尺可以沿垂直方向上下滑動(dòng)。

2）探針22

探針22是一種圓長桿，頂端設(shè)有紅寶石的探頭；

其功能是：通過探針22頂端的紅寶石探頭接觸平臺(tái)面板10上表面，將平臺(tái)面板10上表面垂直方向位移變化傳遞到光柵尺；

3）讀數(shù)頭安裝板23

讀數(shù)頭安裝板23是一種長方形金屬盒，其兩側(cè)設(shè)有與光柵尺安裝板21配合、可相對滑動(dòng)的楔形槽，讀數(shù)頭安裝板23左端設(shè)有與測量機(jī)構(gòu)橫支架24固定的螺紋孔，讀數(shù)頭安裝板23內(nèi)側(cè)安裝有讀數(shù)頭；

其功能是：用于安裝讀數(shù)頭，讀取探針22的位移變化；

4）測量機(jī)構(gòu)橫支架24

測量機(jī)構(gòu)橫支架24是一種左側(cè)設(shè)有圓形通孔的金屬板，測量機(jī)構(gòu)橫支架24的左側(cè)設(shè)有與測量機(jī)構(gòu)立柱25配合的通孔，測量機(jī)構(gòu)橫支架24右側(cè)設(shè)有與測量頭a的讀數(shù)頭安裝板23配合的螺紋孔；

其功能是：連接固定測量頭a的讀數(shù)頭安裝板23；

5）測量機(jī)構(gòu)立柱25

測量機(jī)構(gòu)立柱25是一種圓形長桿，其上端與測量機(jī)構(gòu)橫支架24配合，下端設(shè)有與測量機(jī)構(gòu)底座26的螺紋孔配的螺紋；

其功能是：連接固定測量機(jī)構(gòu)橫支架24；

6）測量機(jī)構(gòu)底座26

測量機(jī)構(gòu)底座26是一種l形的鋼塊，測量機(jī)構(gòu)底座26兩端設(shè)有兩個(gè)與測量機(jī)構(gòu)調(diào)平螺釘27配合的螺紋孔，測量機(jī)構(gòu)底座26中間設(shè)有通孔與測量機(jī)構(gòu)立柱25配合的螺紋孔；

其功能是：支撐測量機(jī)構(gòu)立柱25，為整個(gè)第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2提供支撐；

7）測量機(jī)構(gòu)調(diào)平螺釘27

測量機(jī)構(gòu)調(diào)平螺釘27是一種精密螺釘；

其功能是：用于調(diào)平測量機(jī)構(gòu)底座26；

3、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3

第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3與第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2的結(jié)構(gòu)相同。

其功能是：測量平臺(tái)面板10上表面第二個(gè)點(diǎn)a測量點(diǎn)垂直方向的位移變化。

4、第1底座4

如圖1、4，第1底座4包括基座41、步進(jìn)電機(jī)42、升降立柱43和向心關(guān)節(jié)軸承外圈44；

其位置和連接關(guān)系是：基座41設(shè)置在定位基座11上，在基座41左側(cè)設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)42，在基座41右側(cè)設(shè)置有升降立柱43，步進(jìn)電機(jī)42、升降立柱43通過內(nèi)部的齒輪連接，升降立柱43上端設(shè)置有的向心關(guān)節(jié)軸承外圈44與平臺(tái)面板10孔b設(shè)置的向心關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈101配合。

其功能是：第1底座4為平臺(tái)面板10提供支撐，同時(shí)第1底座4通過步進(jìn)電機(jī)42調(diào)整平臺(tái)面板10高度和傾斜量，第1底座4通過升降立柱43上端的向心關(guān)節(jié)軸承外圈44使平臺(tái)面板10可以橫向滑動(dòng)。

1）基座41

基座41是一種長方體鋼塊，其內(nèi)部掏空處理用于安裝底座4的其它部件，基座41右側(cè)設(shè)有與升降立柱43連接的螺紋孔，其底部設(shè)有3個(gè)小臺(tái)階與定位基座11接觸。

其功能是：作為底座4提供框架，支撐整個(gè)平臺(tái)面板10。

2）步進(jìn)電機(jī)42

步進(jìn)電機(jī)42是一種通用件；

其功能是：通過pc控制器1控制步進(jìn)電機(jī)42，步進(jìn)電機(jī)42帶動(dòng)升降立柱43升降。

3）升降立柱43

升降立柱43是一種圓柱，升降立柱43下端設(shè)有與基座41配合的螺紋孔，升降立柱43上端設(shè)有安裝向心關(guān)節(jié)軸承外圈44的凹槽；

其功能是：連接基座41和平臺(tái)面板10，升降立柱43的高度通過電機(jī)42調(diào)節(jié)。

4）向心關(guān)節(jié)軸承外圈44

向心關(guān)節(jié)軸承外圈44是一種關(guān)節(jié)球軸承的一部分。

其功能是：使向心關(guān)節(jié)軸承外圈44與平臺(tái)面板10孔b的向心關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈101形成滑動(dòng)連接，同時(shí)使平臺(tái)面板10的轉(zhuǎn)軸中心線定位于平臺(tái)面板10的上表面。

5、第2底座5

如圖1，圖4，第2底座5與第1底座4結(jié)構(gòu)相同，安裝在平臺(tái)面板10的o點(diǎn)下方。

其功能是：為平臺(tái)面板10提供支撐；在平臺(tái)測試橫向時(shí)，通過第2底座5和第1底座4共同作用，使平臺(tái)面板10上表面橫向的中心線保持高度不變。

6、第1力平衡裝置6

如圖1、圖5，力平衡裝置6包括：力平衡底座61、力平衡支撐架62、重錘調(diào)節(jié)架63、重錘64、杠桿65、力平衡立柱66和鋼珠67；

其位置和連接關(guān)系是：力平衡裝置6的力平衡底座61固定在定位基座11上，力平衡底座61左側(cè)安裝有重錘調(diào)節(jié)架63，在重錘調(diào)節(jié)桿63上方設(shè)有重錘64；在力平衡底座61右側(cè)連接有力平衡支撐架62，力平衡支撐架62可在力平衡底座61上自由轉(zhuǎn)動(dòng)；杠桿65的中間與力平衡支撐架62連接；杠桿65左端插入重錘64；杠桿65右端連接力平衡立柱66，平衡立柱66上端設(shè)有鋼珠67與平臺(tái)面板10孔d1上端面的端蓋102滑動(dòng)連接。

其功能是：通過力平衡底座61、力平衡支撐架62、重錘調(diào)節(jié)架63、重錘64、杠桿65和力平衡立柱66形成承托平臺(tái)面板10的杠桿結(jié)構(gòu)，重錘64的重力傳遞給杠桿65另一端的力平衡立柱66；補(bǔ)償平臺(tái)面板10和載荷質(zhì)量的靜態(tài)值，重錘64一旦固定，使杠桿65兩側(cè)的力臂固定，其補(bǔ)償力與杠桿垂直方向的位置無關(guān)，在平臺(tái)面板10任何傾斜位置時(shí)第1力平衡裝置6的補(bǔ)償力恒定。

其工作機(jī)理是：采用并聯(lián)的杠桿式第1力平衡裝置6和第2力平衡裝置7，補(bǔ)償平面滑動(dòng)端的靜態(tài)質(zhì)量（平臺(tái)與載荷）及平面滑動(dòng)端支承動(dòng)態(tài)質(zhì)量需要的力。

1）力平衡底座61

重力補(bǔ)償?shù)鬃?1是一種長方形塊，其右側(cè)設(shè)有安裝力平衡支撐架62的沉孔，重力補(bǔ)償?shù)鬃?1左側(cè)設(shè)有連接重錘調(diào)節(jié)架63的腰孔；

其功能是：安裝力平衡支撐架62，為杠桿65提供支撐，固定重錘調(diào)節(jié)架63；

2）力平衡支撐架62

力平衡支撐架62是一種短圓柱，其下端與力平衡底座61間隙配合，力平衡支撐架62可在力平衡底座61的沉孔中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其上端設(shè)有與杠桿65連接的凹槽；

其功能是：作為杠桿65的支點(diǎn)。

3）重錘調(diào)節(jié)架63

重錘調(diào)節(jié)架63是一種u形支架，其下端設(shè)有與力平衡底座61間隙配合的長桿，重錘調(diào)節(jié)架63的下端的長桿插入力平衡底座61中，重錘調(diào)節(jié)架63可以上下滑動(dòng)；重錘調(diào)節(jié)架63兩側(cè)設(shè)有與重錘64連接的通孔；

其功能是：連接重錘64，同時(shí)限制重錘64到力平衡支撐架62的水平向距離，同時(shí)使重錘64只能垂直方向的運(yùn)動(dòng)。

4）重錘64

重錘64是一種方形鋼塊，重錘64水平方向設(shè)有與杠桿65配合的通孔，重錘64兩側(cè)設(shè)有與重錘調(diào)節(jié)架63兩側(cè)通孔配合的通孔。

其功能是：重錘64的重量平衡杠桿65另一端力平衡立柱66所承受的平臺(tái)面板10的壓力。

5）杠桿65

杠桿65是一種圓形長桿，其右側(cè)設(shè)有方形塊與力平衡立柱66配合的螺紋孔，杠桿65左、中、右端分別與重錘64、力平衡支撐架62、力平衡立柱66滑動(dòng)連接；

其功能是：傳遞力平衡立柱66所承受的平臺(tái)面板10的壓力。

6）力平衡立柱66

力平衡立柱66是一種中間設(shè)有凸臺(tái)的短圓柱，其下端與杠桿65連接的螺紋，力平衡立柱66上端設(shè)有安裝鋼珠67的凹槽。

其功能是：將平臺(tái)面板10的重力傳遞到杠桿65右端。

7）鋼珠67

鋼珠67是一種通用件。

其功能是：使力平衡立柱66與平臺(tái)面板10孔d1設(shè)有的端蓋101形成滑動(dòng)連接，其轉(zhuǎn)動(dòng)中心在平臺(tái)面板10上表面。

7、第2力平衡裝置7

第2力平衡裝置7與第1力平衡裝置6結(jié)構(gòu)相同，第2力平衡裝置7安裝在平臺(tái)面板的d2下方，第2力平衡裝置7與第1力平衡裝置6對稱布置在平臺(tái)面板10下方的兩側(cè)，第2力平衡裝置7與第1力平衡裝置6轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線在平臺(tái)面板10上表面。

其功能是：第2力平衡裝置7與第1力平衡裝置6并聯(lián)工作，補(bǔ)償平面滑動(dòng)端的靜態(tài)質(zhì)量（平臺(tái)與載荷）。

8、第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8

如圖1、圖6，第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8包括測量座a和測量頭b；

測量座a包括有龍門底座81、測量頭安裝板82；測量頭b包括有讀數(shù)頭安裝板83、光柵尺安裝板84、探針85；

其位置和連接關(guān)系是：龍門底座81固定安裝在定位基座11上，龍門底座81上端固定有測量頭安裝板82，測量頭安裝板82前端安裝固定讀數(shù)頭安裝板83，讀數(shù)頭安裝板83與光柵尺安裝板84滑動(dòng)連接，光柵尺安裝板84下端固定有探針85。

其功能是：測量平臺(tái)面板10上表面第三個(gè)測量點(diǎn)c垂直方向的位移變化。采用三個(gè)獨(dú)立nm級光柵尺測量平臺(tái)面與定位基座11面垂直位移的變化，光柵尺很容易溯源比測并能長期保持不變。

其工作機(jī)理是：第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3、第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8三個(gè)獨(dú)立的光柵尺，形成三個(gè)獨(dú)立的測量計(jì)同步連續(xù)測量平臺(tái)面板10上表面三個(gè)點(diǎn)垂直方向的高度，確定三個(gè)測量點(diǎn)平面的空間變化，獲得輸入載荷的標(biāo)準(zhǔn)傾斜量；三個(gè)光柵尺具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和溯源容易，溫度、濕度影響較小，可抗振動(dòng)且測量速度快細(xì)分容易等優(yōu)點(diǎn)。

1）龍門底座81

龍門底座81是一種整體的龍門形鋼底座，其下端設(shè)有安裝孔在定位基座11上；

其功能是：固定及支撐整個(gè)第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8。

2）測量頭安裝板82

測量頭安裝板82是一種方形長鋼板，下方設(shè)有與龍門底座81下端配合的方槽；

其功能是：連接讀數(shù)頭安裝板83和龍門底座81。

3）測量頭b

測量頭b與第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2的測量頭b結(jié)構(gòu)相同。

9、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9

如圖1、圖7，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9包括：直線電機(jī)91、楔形塊92、垂直向頂升桿93和頂升桿套筒94；

其位置和連接關(guān)系是：直線電機(jī)91固定在定位基座11的合適位置；直線電機(jī)91的滑動(dòng)塊與楔形塊92連接固定；垂直向頂升桿93下端與楔形塊92滑動(dòng)接觸；垂直向頂升桿93與頂升桿套筒94配合，垂直向頂升桿93可在頂升桿套筒94內(nèi)上下滑動(dòng)，頂升桿套筒94固定在定位基座11上；垂直向頂升桿93上端與平臺(tái)面板10孔c設(shè)有的軸套103連接；

其功能是：將直線電機(jī)91輸出的水平方向較小位移量轉(zhuǎn)換為平臺(tái)面板10右側(cè)抬升端垂直方向的微小位移量。

其工作機(jī)理是：由于楔形塊92上表面設(shè)有一定的坡度（坡度定為1：1000），當(dāng)楔形塊92在水平方向位移量為1時(shí)，垂直方向的位移量0.001，并將直線電機(jī)水平方向的較小位移轉(zhuǎn)換為平臺(tái)面板10右側(cè)垂直方向的微小位移量；采用基于μm級直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的引動(dòng)器推動(dòng)1/1000的楔形塊作水平方向運(yùn)動(dòng)，由1/1000的楔形塊轉(zhuǎn)為nm級垂直向運(yùn)動(dòng)，真實(shí)位移由獨(dú)立的nm級光柵尺跟蹤測量。采用基于μm級的絲杠螺紋抬升橫向滑動(dòng)端的高度使平臺(tái)橫向傾斜，測試儀器的橫向效應(yīng)。滑動(dòng)端的真實(shí)位移由獨(dú)立的nm級光柵尺跟蹤測量。

1）直線電機(jī)91

直線電機(jī)91是一種外購的高精度通用件；

其功能是：提供水平方向的um級的微小位移量、脈沖等；

2）楔形塊92

楔形塊92是一種長方形塊，其上表面是設(shè)有一定坡度（可設(shè)為1：1000）的坡面，其下端設(shè)有與直線電機(jī)91滑塊連接固定的螺紋孔；

其功能是：由于由于楔形塊92上端面設(shè)有一定的坡度（坡度定為1：1000），當(dāng)楔形塊92在水平方向位移量為1時(shí)，垂直方向的位移量0.001，從而將直線電機(jī)91輸出的水平方向位移量傳遞給垂直向頂升桿93，并將直線電機(jī)水平方向的較小位移轉(zhuǎn)換為垂直向頂升桿93垂直方向的微小位移量；

3）垂直向頂升桿93

垂直向頂升桿93是一個(gè)長圓柱，長圓柱下端設(shè)有與楔形塊93坡面配合滑動(dòng)的球頭；

其功能是：與楔形塊92接觸，通過相對運(yùn)動(dòng)為平臺(tái)面板10提供垂直方向的微小位移量；

4）頂升桿套筒94

頂升桿套筒94是一種與垂直向頂升桿93配合的圓筒。

其功能是：頂升桿套筒94限制垂直向頂升桿93只能在垂直方向運(yùn)動(dòng)。

10、平臺(tái)面板10

如圖1，圖8，平臺(tái)面板10是一種航空鋁板，長、寬、高尺寸為1200*1000*80mm；平臺(tái)面板10左端對稱設(shè)有兩個(gè)通孔a、b，平臺(tái)面板10右側(cè)中間位置設(shè)有通孔c，平臺(tái)面板10右側(cè)對稱設(shè)有通孔d1、d2；平臺(tái)面板10的孔a、b均安裝關(guān)節(jié)球軸承的向心關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈101，所有向心關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈與平臺(tái)面板10上表面平齊；孔d1、d2的上端面設(shè)有端蓋102與鋼珠滑動(dòng)連接；孔c設(shè)有套筒103，套筒103的凸臺(tái)承托在平臺(tái)面板底部；平臺(tái)面板10中間部分掏空處理，在不降低其剛性的前提下減少其重量；

其功能是：作為測試儀器的工作面，第1底座4和第2底座5的向心關(guān)節(jié)軸承外圈中心點(diǎn)在平臺(tái)面板10上表面，二點(diǎn)連線作為平臺(tái)面板10的轉(zhuǎn)軸；平臺(tái)面板10右側(cè)作為抬升端，給出平臺(tái)面板10的傾斜角；

其工作機(jī)理是：采用在平臺(tái)面板10上表面作為平臺(tái)的測試基準(zhǔn)面；確定平臺(tái)的三個(gè)測量點(diǎn)在平臺(tái)面板10上表面；長度基線在平臺(tái)面板10上表面；平臺(tái)轉(zhuǎn)軸中心線在平臺(tái)面板10上表面。

1）向心關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈101

向心關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈101是一種標(biāo)準(zhǔn)件。

其功能是：與第1底座4和第2底座5的向心關(guān)節(jié)軸承外圈配合，事轉(zhuǎn)動(dòng)的中心點(diǎn)在平臺(tái)面板10上表面。

2）端蓋102

端蓋102是一種圓形金屬板，與平臺(tái)面板10孔d1、d2的上端面螺紋連接。

其功能是：與第1力平衡裝置6和第2力平衡裝置7的鋼珠滑動(dòng)連接。

3）套筒103

套筒103是一種下端設(shè)有凸臺(tái)的長圓環(huán)。

其功能是：套筒103與垂直向頂升桿93上端滑動(dòng)連接，承托平臺(tái)面板10。

11、定位基座11

如圖1，定位基座11是一種有安裝和定位各其他部件功能的工作臺(tái)面，在定位基座11上設(shè)有安裝各其他部件的安裝定位孔。

其功能是：通過定位基座11上的安裝定位孔按照尺寸要求安裝其他部件，并為各部件提供支撐；保證平臺(tái)面板10在一個(gè)絕對穩(wěn)定、噪聲較低的環(huán)境工作。

12、第3力平衡裝置12

第3力平衡裝置12與第1力平衡裝置6結(jié)構(gòu)相同，布置在平臺(tái)面板10的a點(diǎn)下方。

其功能是：補(bǔ)償平臺(tái)面板10在a點(diǎn)的重力。

三、本平臺(tái)的工作原理

本平臺(tái)由驅(qū)動(dòng)單元、承載單元和檢測單元三部分構(gòu)成；本平臺(tái)能夠獨(dú)立精確控制平臺(tái)的傾斜量，并精確測量出平臺(tái)的傾斜量。

1、驅(qū)動(dòng)單元

由pc控制器1、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9組成的驅(qū)動(dòng)單元，為平臺(tái)提供驅(qū)動(dòng)，使平臺(tái)面板10產(chǎn)生微小到nm級的抬高位移，提供從靜態(tài)到10hz的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)源；采用基于μm級直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的引動(dòng)器推動(dòng)1/1000的楔形塊92作水平方向運(yùn)動(dòng)，由1/1000的楔形塊92轉(zhuǎn)為nm級垂直向運(yùn)動(dòng)，真實(shí)位移由獨(dú)立的nm級光柵尺跟蹤測量。

采用基于μm級的絲杠螺紋抬升橫向滑動(dòng)端的高度使平臺(tái)橫向傾斜，測試儀器的橫向效應(yīng)；滑動(dòng)端的真實(shí)位移由獨(dú)立的nm級光柵尺跟蹤測量；固定端的真實(shí)位移由獨(dú)立的nm級光柵尺跟蹤測量，用以監(jiān)測固定端高度的變化；驅(qū)動(dòng)單元首先由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)9中的直線電機(jī)91產(chǎn)生微小的水平向位移量，通過楔形塊92轉(zhuǎn)換為平臺(tái)面板10微小到nm級的抬高位移，根據(jù)設(shè)計(jì)的楔形塊92不同的坡度比（可設(shè)為1：1000）產(chǎn)生直線電機(jī)91位移量的1/1000，為平臺(tái)面板10提供垂直方向的微小振動(dòng)源。

2、承載單元

由第1底座4、第2底座5、第1力平衡裝置6、第2力平衡裝置7、平臺(tái)面板10、定位基座11組成的承載單元，為被測試儀器提供穩(wěn)定的測試環(huán)境；三個(gè)位移檢測點(diǎn)設(shè)置在平臺(tái)面板10的上表面，適合臺(tái)面測量基線的空間位置測量；平臺(tái)由a、b、c構(gòu)成的3個(gè)點(diǎn)支承，其中2個(gè)采用球窩支承構(gòu)成平臺(tái)轉(zhuǎn)軸，其中心與平臺(tái)平面重合，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)中心線不會(huì)移動(dòng)，適合光柵尺直接測量，采用三個(gè)獨(dú)立的支承體支承平臺(tái)，一個(gè)是固定，一個(gè)是可以橫向滑動(dòng)，另一個(gè)可以平面滑動(dòng)；平臺(tái)面板10上表面作為平臺(tái)的測試基準(zhǔn)面，確定空間座標(biāo)的三個(gè)測量點(diǎn)在平臺(tái)面板10上表面；長度基線在平臺(tái)面板10上表面；平臺(tái)轉(zhuǎn)軸中心線在平臺(tái)面板10上表面，采用一對杠桿式第1力平衡裝置6和第2力平衡裝置7并聯(lián)補(bǔ)償平臺(tái)面板10滑動(dòng)端的靜態(tài)質(zhì)量（平臺(tái)與載荷）需要的力；

采用第1力平衡裝置6和第2力平衡裝置7的杠桿結(jié)構(gòu)抵消平臺(tái)面板10與測試儀器的靜態(tài)質(zhì)量；使抬升機(jī)構(gòu)只負(fù)擔(dān)平臺(tái)和載荷質(zhì)量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的力矩，保留給出傾斜標(biāo)準(zhǔn)值的功能，并減小平臺(tái)面板10在a、b、c三點(diǎn)的靜態(tài)變形；

根據(jù)第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3和第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8與平臺(tái)面板10的3個(gè)接觸點(diǎn)，確定平臺(tái)的平臺(tái)面板10上三個(gè)固定點(diǎn)（a、b、c），由此確定xy平面；ab構(gòu)成平臺(tái)面板10的（y方向）旋轉(zhuǎn)軸，a是旋轉(zhuǎn)軸抬升端、b是旋轉(zhuǎn)軸固定端，c是驅(qū)動(dòng)端；在c垂直方向（z）驅(qū)動(dòng)時(shí)，平臺(tái)面板10繞ab軸（即y軸）傾斜，因此平臺(tái)面板10在傾斜過程中，b與ab軸保持不動(dòng)，所以臺(tái)面沒有平動(dòng)，只有繞ab軸的傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)；由于a、b、c三點(diǎn)在平臺(tái)面板10的上表面上，所以其xy平面的坐標(biāo)位置很容易精確的測量，也可以在使用過程中實(shí)時(shí)檢測平臺(tái)與儀器墩之間的變化。

3、檢測單元

由pc控制器1、第1光柵尺測量機(jī)構(gòu)2、第2光柵尺測量機(jī)構(gòu)3和第3光柵尺測量機(jī)構(gòu)8組成檢測單元，a、b、c三個(gè)獨(dú)立的光柵尺同步連續(xù)測量平臺(tái)面板10上端面同一平面上三個(gè)點(diǎn)相對于基礎(chǔ)面的高度（z方向）變化，確定測量的三個(gè)點(diǎn)a、b、c所在平面的空間變化，根據(jù)測試儀器在平臺(tái)面板10的位置得到輸入載荷的標(biāo)準(zhǔn)量；采用三個(gè)獨(dú)立nm級光柵尺測量平臺(tái)面與定位基座面距離的變化，光柵尺很容易溯源比測并能長期保持不變；

用光柵尺+探針直接測量平臺(tái)面板10上a、b、c三點(diǎn)高度變化，光柵尺的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和溯源容易，溫度、濕度、影響小，可抗震動(dòng)，測量速度較快，細(xì)分容易等優(yōu)點(diǎn)；采用pc機(jī)采集三個(gè)光柵尺數(shù)據(jù)與被測量的傾斜儀輸出數(shù)據(jù)、控制引動(dòng)器的動(dòng)作、按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到測試報(bào)告、可遠(yuǎn)程搖控測量和自動(dòng)測量。