一种微小力的加载测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种微小力的加载测量装置和方法，包括压电组件、移动组件、第一加载模块、第二加载模块、第一测量模块和处理模块；所述第一加载模块用于通过所述压电组件的形变向所述移动组件施加机械力，并通过所述机械力带动所述移动组件移动；所述第二加载模块用于向所述移动组件施加静电力，并通过所述静电力带动所述移动组件移动；所述第一测量模块用于测量所述移动组件的位移量；所述处理模块用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件所承受的力的大小，所述力包括所述机械力、所述静电力以及粘附力，从而实现了机械加载和电加载的耦合测量。

A Loading Measuring Device and Method for Small Force

【技术实现步骤摘要】
一种微小力的加载测量装置和方法
本专利技术涉及微纳测量
，更具体地说，涉及一种微小力的加载测量装置和方法。
技术介绍
随着精密仪器技术的不断发展，科研及工业领域对材料在微小机械力、微小静电力下的力学行为表征提出了更高的要求。由于微纳样品的尺寸以及对应的力值的范围较小，因此，导致微纳样品的微小机械力以及静电力的加载和测量都比较困难。其中，微小力的加载主要有机械加载和电加载，对于导电样品而言，常常需要同时测量样品的机械性能和电学性能，即测量样品的机械力和静电力等，但是，现有技术中机械加载和电加载不能同时耦合测量，极大地限制了应用范围。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种微小力的加载测量装置和方法，以解决现有技术中不同同时实现机械加载和电加载的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种微小力的加载测量装置，包括压电组件、移动组件、第一加载模块、第二加载模块、第一测量模块和处理模块；所述第一加载模块用于控制所述压电组件产生形变，并通过所述压电组件的形变向所述移动组件施加机械力，通过所述机械力带动所述移动组件移动；所述第二加载模块用于向所述移动组件施加静电力，并通过所述静电力带动所述移动组件移动；所述第一测量模块用于测量所述移动组件的位移量；所述处理模块用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件所承受的力的大小，所述力包括所述机械力和所述静电力。可选地，所述压电组件朝向所述移动组件的一端承载有待测样品，所述压电组件用于带动所述待测样品移动；所述移动组件的第一端位于所述待测样品的移动方向上且与所述待测样品之间具有预设距离；所述待测样品朝向所述压电组件的一端具有第一电极；所述移动组件的第二端固定且所述移动组件的第二端具有第二电极，所述第二端与所述第一端相对设置；所述第二加载模块通过向所述第一电极和第二电极施加电压，使所述第一电极和所述第二电极之间产生静电力，并将所述静电力施加在所述移动组件上；所述处理模块还用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件与所述待测样品之间的粘附力。可选地，还包括第二测量模块；所述第二测量模块用于测量所述压电组件的位移量；所述处理模块还用于根据所述压电组件的位移量和所述移动组件的位移量得到所述待测样品的形变量，并根据所述待测样品的形变量以及所述机械力得到所述待测样品的杨氏模量。可选地，所述微小力的加载测量装置包括光源、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一反射镜至第六反射镜，所述第五反射镜位于所述第二压电组件和所述待测样品之间，并随所述压电组件移动；所述光源用于出射测量光；所述第一半透半反镜用于将所述测量光分成第一测量光和第二测量光；所述第一反射镜用于将所述第一测量光反射至所述移动组件的第一端；所述第二反射镜用于将所述移动组件的第一端反射的第一测量光反射至所述第一测量模块；所述第三反射镜和第四反射镜用于将所述第二测量光反射至所述第二半透半反镜；所述第二半透半反镜用于将所述第二测量光分成第三测量光和第四测量光，将所述第三测量光反射至所述第五反射镜，将所述第四测量光反射至所述第六反射镜，以使所述第五反射镜反射的第三测量光与所述第六反射镜反射的第四测量光发生干涉形成干涉光；所述第一测量模块用于根据所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量以及预先得到的所述第一测量光的位移量与所述移动组件的位移量的对应关系，得到所述移动组件的位移量；所述第二测量模块用于根据所述干涉光的条纹数以及所述测量光的波长，得到所述压电组件的位移量。可选地，所述第一测量模块包括光束质量分析仪和第一计算模块；所述光束质量分析仪用于测量得到所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量；所述第一计算模块用于根据所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量以及预先得到的所述第一测量光的位移量与所述移动组件的位移量的对应关系，得到所述移动组件的位移量。可选地，所述第二测量模块包括光电探测器和第二计算模块；所述光电探测器用于探测所述干涉光，并将所述干涉光信号转换为电信号；所述第二计算模块用于根据所述电信号得到所述干涉光的条纹数，并根据所述条纹数以及所述测量光的波长的一半，得到所述压电组件的位移量；或者，所述第二测量模块包括光电探测器和示波器；所述光电探测器用于探测所述干涉光，并将所述干涉光信号转换为电信号；所述示波器用于根据所述电信号得到所述干涉光的光强随电压变化的曲线，以根据所述曲线得到所述干涉光的条纹数，并根据所述条纹数以及所述测量光的波长的一半，得到所述压电组件的位移量。可选地，还包括显微镜；所述显微镜用于观察所述待测样品和所述移动组件。一种微小力的加载测量方法，包括：第二加载模块向所述移动组件施加静电力，并通过所述静电力带动所述移动组件移动；第一测量模块测量所述移动组件的位移量，处理模块根据所述移动组件的位移量得到所述静电力；第一加载模块通过所述压电组件向所述移动组件施加机械力，带动所述移动组件移动；所述第一测量模块测量所述移动组件的位移量，所述处理模块根据所述移动组件的位移量得到所述机械力。可选地，还包括：所述第一加载模块停止工作，使所述移动组件反向移动；所述第一测量模块测量所述移动组件的位移量，所述处理模块根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件所承受的粘附力。可选地，还包括：第二测量模块测量所述压电组件的位移量；所述处理模块根据所述压电组件的位移量和所述移动组件的位移量得到所述压电组件承载的待测样品的形变量，并根据所述待测样品的形变量以及所述机械力得到所述待测样品的杨氏模量。与现有技术相比，本专利技术所提供的技术方案具有以下优点：本专利技术所提供的微小力的加载测量装置和方法，第一加载模块通过压电组件形变向移动组件施加机械力，并通过机械力带动移动组件移动，第二加载模块向移动组件施加静电力，并通过静电力带动移动组件移动，第一测量模块测量移动组件的位移量，处理模块根据移动组件的位移量得到机械力和静电力的大小，从而实现了机械加载和电加载的耦合测量，扩大了装置的应用范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种微小力的加载测量装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种加载测量装置的部分结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的另一种微小力的加载测量装置的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的另一种加载测量装置的部分结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种微小力的加载测量方法的流程图；图6为本专利技术实施例提供的压电陶瓷输出位移-驱动电压曲线图；图7为本专利技术实施例提供的一种静电力测量模式下压电组件和移动组件的位置关系示意图；图8为本专利技术实施例提供的电容与电极间距的变化关系曲线图；图9为本专利技术实施例提供的静电力与电极间距的变化关系曲线图；图10为本专利技术实施例提供的一种机械力测量模式下压电组件和移动组件的位置关系示意图；图11为本专利技术实施例提供的一种粘附力测量模式下压电组件和移动组件的位置关系示意图。具体实施方式以上是本专利技术的核心思想，为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微小力的加载测量装置，其特征在于，包括压电组件、移动组件、第一加载模块、第二加载模块、第一测量模块和处理模块；所述第一加载模块用于控制所述压电组件产生形变，并通过所述形变向所述移动组件施加机械力，通过所述机械力带动所述移动组件移动；所述第二加载模块用于向所述移动组件施加静电力，并通过所述静电力带动所述移动组件移动；所述第一测量模块用于测量所述移动组件的位移量；所述处理模块用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件所承受的力的大小，所述力包括所述机械力和所述静电力。

【技术特征摘要】
1.一种微小力的加载测量装置，其特征在于，包括压电组件、移动组件、第一加载模块、第二加载模块、第一测量模块和处理模块；所述第一加载模块用于控制所述压电组件产生形变，并通过所述形变向所述移动组件施加机械力，通过所述机械力带动所述移动组件移动；所述第二加载模块用于向所述移动组件施加静电力，并通过所述静电力带动所述移动组件移动；所述第一测量模块用于测量所述移动组件的位移量；所述处理模块用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件所承受的力的大小，所述力包括所述机械力和所述静电力。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电组件朝向所述移动组件的一端承载有待测样品，所述压电组件用于带动所述待测样品移动；所述移动组件的第一端位于所述待测样品的移动方向上且与所述待测样品之间具有预设距离；所述待测样品朝向所述压电组件的一端具有第一电极；所述移动组件的第二端固定且所述移动组件的第二端具有第二电极，所述第二端与所述第一端相对设置；所述第二加载模块通过向所述第一电极和第二电极施加电压，使所述第一电极和所述第二电极之间产生静电力，并将所述静电力施加在所述移动组件上；所述处理模块还用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件与所述待测样品之间的粘附力。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括第二测量模块；所述第二测量模块用于测量所述压电组件的位移量；所述处理模块还用于根据所述压电组件的位移量和所述移动组件的位移量得到所述待测样品的形变量，并根据所述待测样品的形变量以及所述机械力得到所述待测样品的杨氏模量。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微小力的加载测量装置包括光源、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一反射镜至第六反射镜，所述第五反射镜位于所述第二压电组件和所述待测样品之间，并随所述压电组件移动；所述光源用于出射测量光；所述第一半透半反镜用于将所述测量光分成第一测量光和第二测量光；所述第一反射镜用于将所述第一测量光反射至所述移动组件的第一端；所述第二反射镜用于将所述移动组件的第一端反射的第一测量光反射至所述第一测量模块；所述第三反射镜和第四反射镜用于将所述第二测量光反射至所述第二半透半反镜；所述第二半透半反镜用于将所述第二测量光分成第三测量光和第四测量光，将所述第三测量光反射至所述第五反射镜，将所述第四测量光反射至所述第六反射镜，以使所述第五反射镜反射的第三测量光与所述第六反射镜反射的第四测量光发生干涉形成干涉光；所述第一测量模块用于根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵旸，杨晓晨，王涛，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34