微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质，所述微纳力源装置包括内电极和外电极，所述外电极套设在所述内电极的外部且所述外电极和所述内电极有部分或全部长度相交，所述内电极的外轮廓函数为固定值，且所述外电极的内轮廓函数和所述内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数。本发明专利技术的微纳力源装置能够使微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系，输出力值调节方便，避免了电压调节方式所造成的不确定度放大，有效保证输出微纳力具有高准确度，且省去了对于加载电压的精确调节与控制，无需配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地节省了装置成本、减小了装置的体积。减小了装置的体积。减小了装置的体积。

Micro nano force source device, control method, micro nano force measuring equipment and storage medium

【技术实现步骤摘要】
微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及微纳力测量
，尤其涉及微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质。

技术介绍

[0002]随着高端装备中传感器件的不断微型化、集成化发展，在高端装备制造中微机电系统(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，MEMS)器件与微纳加工技术的应用日益广泛，在MEMS技术与微纳加工中，微纳力的测量变得越来越普遍，微纳力测量的准确性和可靠性将直接影响微纳米加工技术的水平与大量MEMS器件的性能，同时微纳加工技术和设备如光刻技术和设备等本身也已成为高端装备制造中的重要方向，因此微纳力的准确测量对提升高端装备的性能、技术含量以及技术创新等都具有重要意义。如在高端装备中大量使用的MEMS传感器其制造过程中所采用的X光深刻精密电铸模造成形(Lithographie GaVanoformung Abformung，LIGA)技术，涉及到大量的微纳部件的制造与装配，其中大量涉及到微纳牛量级力反馈控制过程，微纳力测量结果的准确可靠是实现微纳加工技术以及MEMS部件自动化的前提与保障。
[0003]在微纳力测量装置中，核心部件为产生微纳牛顿量级力值的力源装置，根据不同测量装置所采用的力源形式的不同可以分为电容式测量装置、电感式测量装置、电阻式测量装置等。目前对于微纳牛顿量级的力的测量和量值溯源装置主要采用的均为电容式测量装置，如美国NIST、英国NPL、德国PTB、中国计量科学研究院(NIM)等研究机构在微纳力测量装置中均是采用电容式力源实现对微纳力的测量。其基本原理是利用微纳力测量装置中电容式力源生成的静电力与待测微纳力之间的平衡来实现力的测量。通过控制电容式力源两极板之间的加载电压，从而改变微纳力测量装置中力源输出的微纳牛顿量级的静电力使其与待测微纳力达到平衡，根据力的平衡原理，待测微纳力与测量装置中力源输出的微纳力大小相等、方向相反、且作用于同一条直线上，此时根据微纳力测量装置中力源输出的平衡静电力的大小即可得到待测力值。电容式微纳力测量装置中力源所产生的微纳静电力计算公式为：由该公式可知，可通过改变微纳力测量装置中力源的电容梯度或者改变加载电压来改变力源输出的微纳牛量级静电力大小。
[0004]现有的微纳力源装置中，力源输出微纳力值与加载电压的平方成正比，因此微纳力源的输出力值对加载电压的变化十分敏感，由于力源装置的输出微纳力值与加载电压的平方成正比，因此若要精确的改变力源的输出微纳力值，则需要实现对加载电压的精确调节与控制(保持加载电压稳定性的同时，还需要保持加载电压调节时的准确性)，整个微纳力测量装置需要配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地增加了微纳力测量装置成本与体积，限制了装置的适用性，非常不利于微纳力测量装置的集成化、小型化。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供了微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质，能够简化装置结构、降低装置成本，解决装置小型化、集成化的问题，且有效保证输出微纳力具有高准确度。
[0006]本专利技术提出的技术方案如下：
[0007]本专利技术实施例第一方面提供一种微纳力源装置，包括内电极和外电极，所述外电极套设在所述内电极的外部且所述外电极和所述内电极有部分或全部长度相交，所述内电极的外轮廓函数为固定值，且所述外电极的内轮廓函数和所述内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数。
[0008]本专利技术的微纳力源装置中，所述内电极的外轮廓函数为固定值，即内电极的外轮廓为直线，外电极的内轮廓函数和所述内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数，设内电极外轮廓满足函数f(z+L
‑
z
l
)，外电极内轮廓满足函数g(z)，则内外电极间的电容为：已知的，内外电极所组成的力源产生的力值公式为：结合上述公式(2)和公式(3)可得内外电极之间的微纳力为：其中h(z)＝g(z)
‑
f(z)，因此，当内电极的外轮廓为直线，且外电极的内轮廓函数和所述内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数，即h(z
l
)的倒数为一次函数时，微纳力源输出为相交长度z
l
的一次函数，因此，在内外电极间的加载电压大小固定时，微纳力的大小即微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系。由此，只需对其内外电极的相交长度进行控制，就能够改变微纳力的输出，由于微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系，内外电极位置控制所产生的误差也只是呈线性的传递到力源的输出，避免了电压调节方式所造成的不确定度放大，有效保证输出微纳力具有高准确度。采用本专利技术的微纳力源装置后，输出力值调节方便，且省去了对于加载电压的精确调节与控制，无需配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地节省了装置成本、减小了装置的体积。
[0009]根据本专利技术实施例第一方面提供的微纳力源装置，所述外电极的内轮廓函数为一次分式函数。
[0010]外电极的内轮廓函数为一次分式函数，便于计算微纳力源装置的输出力值。
[0011]根据本专利技术实施例第一方面提供的微纳力源装置，所述一次分式函数为所述内电极的外轮廓函数为f(z)＝A，其中A、B、C和D均为常数。
[0012]两个函数作差后，其倒数为一次函数，根据计算可以得知此时微纳力源装置的输出力值和内外电极的相交长度成线性关系，便于调节微纳力源装置的输出力值。
[0013]本专利技术实施例第二方面提供一种微纳力源装置的控制方法，适用于如本专利技术实施例第一方面任一项所述的微纳力源装置，所述方法包括：通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值。
[0014]由于上述微纳力源装置中，微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系，因此，只需对其内外电极的相交长度进行控制，就能够改变微纳力的输出，内外电极相
交长度控制所产生的误差也只是呈线性的传递到力源的输出，避免了电压调节方式所造成的不确定度放大。采用本专利技术的方法，省去了对于加载电压的精确调节与控制，无需配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地节省了装置成本、减小了装置的体积。
[0015]根据本专利技术实施例第二方面提供的微纳力源装置的控制方法，还包括：判断所述外电极和所述内电极间的加载电压是否低于设定电压，当加载电压低于设定电压时，通过控制加载电压大小调节输出力值，当加载电压不低于设定电压时，通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值。
[0016]采用两种调节微纳力源输出力值的方式共同工作，在低电压情况下通过电压调节来控制力源的输出，在高电压时通过控制相交长度调节微纳力源装置的输出力值，调节方式灵活。
[0017]根据本专利技术实施例第二方面提供的微纳力源装置的控制方法，在通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值前，还包括，建立输出力值的量程段和所述外电极和所述内电极间的加载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纳力源装置，其特征在于，包括内电极和外电极，所述外电极套设在所述内电极的外部且所述外电极和所述内电极有部分或全部长度相交，所述内电极的外轮廓函数为固定值，且所述外电极的内轮廓函数和所述内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数。2.根据权利要求1所述的微纳力源装置，其特征在于，所述外电极的内轮廓函数为一次分式函数。3.根据权利要求2所述的微纳力源装置，其特征在于，所述一次分式函数为所述内电极的外轮廓函数为f(z)＝A，其中A、B、C和D均为常数。4.一种微纳力源装置的控制方法，其特征在于，适用于权利要求1至3中任一项所述的微纳力源装置，所述方法包括：通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值。5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括：判断所述外电极和所述内电极间的加载电压是否低于设定电压，当加载电压低于设定电压时，通过控制加载电压大小调节输出力值，当加载电压不低于设定电压时，通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值。6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，在通过控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑香，郑培亮，徐立，徐虎，王婷玉，童军杰，伍徳常，
申请(专利权)人：广州航海学院，
类型：发明
国别省市：