一种微力测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种微力测量装置及其测量方法，涉及微力测量技术领域。所述底座为平放的“L”结构，其长边为水平设置，短边为垂直设置，所述长边上表面设有带凸台的移动滑板，垂直设置的短边下部设有直线步进电机，直线步进电机的端头与移动滑板的后端的垂直面接触；所述短边中上部设有通孔，滴管水平固定在该通孔中，所述滴管的尾端位于所述短边的左侧，该滴管端口的液滴下表面与基底接触，所述短边内侧中下部设有弹簧座，弹簧的一端与弹簧座固定，另一端与螺钉固定；移动滑板的右端设有竖板，待测细丝的一端与微球固定，另一端与所述竖板内侧固定；所述微球边缘切入所述液滴的表面，微球的周围设有无影灯装置，正对微球的上方设有摄像机。

A micro force measuring device based on interfacial tension

The invention relates to a micro force measuring device based on the principle of interfacial tension, interfacial tension is generated in the contact surface of the liquid and solid particles contact, formula: F = 2 pi R sin gamma delta sin (alpha delta) (eq.1) by force of this nature can be measured indirectly some objects by. At present, the existing micro force measurement devices on the market are divided into three categories: photoelectric measuring device, piezoresistive measuring device and capacitive measuring device. At present, there is no device to measure micro force by interfacial tension. The invention adopts a new design method and uses the interfacial tension to realize the measurement of the micro force. The main steps are as follows: 1. on the base of dropping liquid drops, and fixed with the droplet fixing device; 2. will connect to the object into the microspheres droplets, and then pull the other end of the object to be tested, the deformation occurs, the entire process is the camera tracking shot; 3. using graphic image processing technology, calculation and draw the stress strain curve of the object to be tested, finally get the elastic coefficient.

【技术实现步骤摘要】
一种基于界面张力的微力测量装置
本专利技术主要应用于测量待测物体所受的作用力，属于微力测量领域。
技术介绍
目前市场上已有的微力测量装置结构复杂、制造成本高，而本专利技术具有结构简单，制造成本低的优点。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于将液体的界面张力应用到微力测量领域，对于拓展微力测量的方法具有重要意义。目前尚无利用界面张力进行测力的装置。本专利技术所设计的微力测量装置，采用微球与液滴相互作用的形式，根据液体对微球的界面张力，得出被测物体所受作用力，其工作原理如附图1(微力测量装置原理示意图)所示主要分为三个工作部分。1.在水平放置的基底上滴加液滴(体积大于微球)，并用液滴固定装置固定；2.将连接有待测物体的微球(半径为0.5μm-2.0mm)放入液滴里，然后拉动待测物体的另一端，使其发生形变，整个过程被摄像机追踪拍摄；3.利用图形图像处理技术，计算并绘制出待测物体的应力-应变曲线图，最终计算得到其弹性系数。本专利技术中所述液滴要与基底形成颜色反差(便于图形图像处理中二值图像的处理)，可通过液滴染色实现，墨水或色素的用量以液滴呈浅色为宜。本专利技术中所述微球要与基底形成颜色反差(便于图形图像处理中二值图像的处理)，密度范围大约为0.1g/cm3-1.0g/cm3，所使用的微球的大小及材料可根据实际需要选择。本专利技术中液滴固定装置可以是滴管或相似的装置，为了在基底上形成球状液滴，所用基底应为超疏水表面或超双疏表面。本专利技术为提高测量精度，减小误差：需要在微球的周围增加无影灯光装置，使液滴和微球在拍摄的过程中不产生阴影，利于图像处理时的边界跟踪；摄像机正对微球，以减小图像处理时的误差。本专利技术借助的力计算公式为：F＝2πRγsinδsin(α-δ)，公式未知参数如附图2所示：δ是确定液-气界面与微球作用位置的角度，α为微球与液体的接触角，这两个参数可以通过图像处理得出。R为微球的半径，γ为液/气界面张力常数(注：此数值随温度和溶质浓度变化，有手册可查)。本装置的理论测力范围和理论精度都与实际条件有关，当实验条件为：25℃，使用R＝1.5mm的聚丙烯微球(密度0.85g/cm3)，利用水滴的情况下，该装置的理论测力范围为0-350μN，理论精度为0.02μN，可以通过更换张力较小的液体实现精度的提高(具体应用时需要考虑液体的挥发速率，因此只考虑沸点大于60℃的液体)。微球的材料和大小、液体类型以及温度都将对测力范围和精度产生影响，可根据实际情况按照公式(eq.1)计算。装置中的底座、移动滑板、弹簧、直线步进电机等都将根据实际所需而定，在此不做具体限定。附图说明附图1为微力测量装置原理示意图。附图2为界面张力计算公式中各未知参数示意图。附图3为本专利技术中微力测量装置纵向剖面示意图(测定细丝的弹性系数)。附图4为本专利技术中微力测量装置纵向剖面示意图(测定金属微悬臂梁的弹性系数)。附图3中：1、摄像机，2、无影灯光装置，3、待测细丝，4、移动滑板，5、底座，6、微球，7、液滴，8、基底，9、滴管，10、螺钉，11、弹簧，12、直线步进电机。附图4中：1、摄像机，2、无影灯光装置，4、移动滑板，5、底座，6、微球，7、液滴，8、基底，9、滴管，10、螺钉，11、弹簧，12、直线步进电机，13、待测微悬臂梁。具体实施方式实施例一：(水滴+细丝，测定细丝的弹性系数)参照附图3，在水平放置的超疏水表面8上滴加水滴，水滴由固定在底座5上的滴管9固定，将连接有细丝3的微球6放入水滴中，同时将细丝3的另一端固定在移动滑板4上，打开无影灯光装置2和摄像机1，由直线步进电机12推动移动滑板4在底座5上平移，摄像机拍摄追踪整个过程，将系列图片存入计算机中，通过图像处理软件分析处理得出：①每张图片对应的δ和α，根据公式(eq.1)计算出界面张力；②小球球心移动的距离L，直线步进电机推动移动滑板的位移为S，细丝的形变ΔL＝S-L。根据①和②可以绘制出细丝的应力-应变曲线图，最终计算得到其弹性系数。实施例二：(壬烷液滴+金属微悬臂梁，测定金属微悬臂梁的弹性系数)参照附图4，在水平放置的超双疏表面8上滴加壬烷液滴7，液滴由滴管9固定，微球6粘在金属微悬臂梁13的一端，其另一端固定在移动滑板4上，打开无影灯光装置2和摄像机1，由直线步进电机12推动移动滑板4在底座5上平移，摄像机拍摄追踪整个过程，将系列图片存入计算机中，通过图像处理软件分析处理得出：①每张图片对应的δ和α，根据公式(eq.1)计算出界面张力；②小球球心移动的距离L，直线步进电机推动移动滑板的位移为S，金属微悬臂梁的形变ΔL＝S-L。根据①和②可以绘制出金属微悬臂梁的应力-应变曲线图，最终计算得到其弹性系数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于界面张力的微力测量装置，其特点在于利用液体的界面张力测量待测物体所受的作用力，是一种新型的探测微小力的装置，主要设计方法为：i.在水平放置的基底上滴加液滴(体积大于微球)，并用液滴固定装置固定；ii.将连接有待测物体的微球(半径为0.5μm‑2mm)放入液滴里，然后拉动待测物体的另一端，使其发生形变，整个过程被摄像机追踪拍摄；iii.利用图形图像处理技术，计算并绘制出待测物体的应力‑应变曲线图，最终计算得到其弹性系数。

【技术特征摘要】
1.一种基于界面张力的微力测量装置，其特点在于利用液体的界面张力测量待测物体所受的作用力，是一种新型的探测微小力的装置，主要设计方法为：i.在水平放置的基底上滴加液滴(体积大于微球)，并用液滴固定装置固定；ii.将连接有待测物体的微球(半径为0.5μm-2mm)放入液滴里，然后拉动待测物体的另一端，使其发生形变，整个过程被摄像机追踪拍摄；iii.利用图形图像处理技术，计算并绘制出待测物体的应力-应变曲线图，最终计算得到其弹性系数。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔树勋，杜店坤，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51