本发明专利技术提供了一种实现高精度测量竖直移动方向的装置及方法，属于测量领域。本发明专利技术装置包括电容传感器和精密变压器电桥；所述电容传感器的高电位电极和指零电极分别与所述精密变压器电桥连接；所述指零电极与竖直移动装置固定连接；所述指零电极与高电位电极之间电容量的变化能够指示出竖直移动装置的移动方向是否为铅垂方向。利用本发明专利技术测量移动方向与铅垂方向偏离的精度可达高达0.1μm。比起光学方法来，装置简单，操作方便。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，属于测量领域。本专利技术装置包括电容传感器和精密变压器电桥；所述电容传感器的高电位电极和指零电极分别与所述精密变压器电桥连接；所述指零电极与竖直移动装置固定连接；所述指零电极与高电位电极之间电容量的变化能够指示出竖直移动装置的移动方向是否为铅垂方向。利用本专利技术测量移动方向与铅垂方向偏离的精度可达高达0.1μm。比起光学方法来，装置简单，操作方便。【专利说明】
本专利技术属于测量领域，具体涉及。
技术介绍
在精密实验中常常需要把某种装置严格按竖直方向(铅垂线方向)移动。但是，实际上的移动路径与铅垂线方向总会有一定的偏差，从而带来一定的实验误差。要估计出这样的误差，需要一种能测量实际移动路线方向与铅垂线偏差的仪器。传统的测量垂直方向的方法是测量光线在水平面上的反射角度。需要用一套较为复杂的光学系统，装置的安装及操作都不太容易。同时，水平面一般用液体形成，液体面的波动会影响测量准确性。本专利技术中提出的新方法不仅装置和操作简便，而且准确度高，能满足大部分实际需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供，用较简单的装置高精度测量被测物竖直移动的路径是否为铅垂线，不仅装置和操作简便，而且准确度高，能满足大部分实际需要。本专利技术是通过以下技术方案实现的:一种实现高精度测量竖直移动方向的装置，包括电容传感器和精密变压器电桥；所述电容传感器的高电位电极和指零电极分别与所述精密变压器电桥连接；所述指零电极与竖直移动装置固定连接；所述指零电极与高电位电极之间电容量的变化能够指示出竖直移动装置的移动方向是否为铅垂方向。所述高电位电极采用铅垂的漆包线，所述漆包线的上端固定，下端通过带屏蔽的测量线与所述精密变压器电桥连接，在所述漆包线的下端悬挂有重锤。所述带屏蔽的测量线与漆包线下端的连接位置低于指零电极的下边缘。所述装置进一步包括容器，在所述容器内装满阻尼液，所述重锤完全浸没在所述阻尼液内。所述指零电极采用球面电极，所述球面电极的球面端靠近所述漆包线的中部，所述球面电极的球面端与漆包线之间的距离在0.5_?Imm之间；所述球面电极的另一端与垂直移动装置固定连接，并通过带屏蔽的测量线与所述精密变压器电桥连接。所述球面电极的球面端的形状为球面的一部分，其曲率半径与该球面到移动装置中心的距离之间的差值小于等于I毫米。所述球面电极外面包裹有静电屏蔽壳，所述静电屏蔽将球面电极的后面和侧面均包裹住，只露出球面电极前端的球面端；所述静电屏蔽壳与球面电极之间设有绝缘层，球面电极、绝缘层和静电屏蔽壳通过螺丝固定安装在一起。一种实现高精度测量竖直移动方向的方法，包括:(I)将待测的竖直移动装置与球面电极的一端固定连接；(2)将铅垂的漆包线下端连接的重锤完全浸没到阻尼液中；(3)将球面电极的球面端与漆包线的距离设置在0.5mm?Imm之间；(4)将连接在漆包线下端和球面电极上的带屏蔽的测量线分别接入精密变压器电桥的BNC信号输入端口 ；(5)开启精密变压器电桥，开始测量，指零电极随着竖直移动装置上下移动时，精密变压器电桥上的读数为指零电极与铅垂的漆包线之间电容量的变化，而该电容量的变化反映了指零电极与漆包线之间水平方向距离的变化，也就是移动路线与铅垂线之间水平距离的变化，进而判断出竖直移动装置的移动方向是否为铅垂方向。所述铅垂的漆包线是这样实现的:选出一段直径均匀性优于0.1 μ m的漆包线；在该漆包线的下端挂上重锤；在漆包线的两端通入电流，然后逐步调大电流，当漆包线发热达到热屈服极限时，漆包线自行伸长；逐步减小电流,直到电流为零。所述重锤的重量为该漆包线所能承受极限重量的80%。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:利用本专利技术测量移动方向与铅垂方向偏离的精度可达高达0.1 μ m。比起光学方法来，装置简单，操作方便。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术装置的结构示意图。图2是用于建立质量量子标准的“能量天平”装置。图3是求出天平“特定位置”的实验曲线。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述:如图1所示，本装置包括漆包线1，球面电极2、重锤3、容器4、带屏蔽的测量线5、静电屏蔽壳6、垂直移动装置7和精密变压器电桥8 ;在所述容器4内装满阻尼液；漆包线I的下端与重锤3的上端固定连接，重锤3整体浸没在所述容器4内的阻尼液内；所述球面电极2外面包裹有静电屏蔽壳6，所述静电屏蔽壳6与球面电极之间设有绝缘层，三者通过螺丝固定安装在一起。所述球面电极2的球面段靠近所述漆包线，另一端与垂直移动装置7固定连接；所述精密变压器电桥8通过一根带屏蔽的测量线5与球面电极2连接，通过另一根带屏蔽的测量线5与漆包线I的下端连接。本装置的特点如下:1，用电容传感器测量移动路线与铅垂线的偏离，装置简单，操作方便，分辨率可高达 0.1 μ m:众所周知，电容传感器在测量微小位移时有很高的灵敏度。实验说明此法的分辨率可高达0.1 μ m。比起光学方法来，装置简单，操作方便。但在使用时要对电屏蔽进行较仔细的考虑，以避免外界干扰的影响。2，用加热拉伸法制作高精度的铅垂导线，成为电容传感器的高电位电极，作为铅垂方向的标准:要测量某一可移动装置的实际移动路径是否为铅垂方向，首先应具备一个作为铅垂方向的标准，即应该有一个处于铅垂方向的电极作为移动路径的标准。当用电容传感器进行测定时，一般用一个平面电极，使平面电极平行于铅垂方向。但这样的电极制作起来和调整都很困难。首先要把平面电极的平面性做到很高(例如优于0.1 μ m)就很困难。同时要把制作好的平面电极竖直放置，使平面与铅垂方向严格平行也不容易。本专利技术中本专利技术中用了更容易实现的方法得到了铅垂方向的标准。具体做法是用一根均匀细导线，下面挂一个重锤，这根细导线就成了铅垂线，并直接作为电容传感器的高电位电极，可用来判断另一个电极，即指零电极在移动时的移动路径是否为铅垂方向，也就是说这根细导线就成了铅垂方向的标准。此电极就作为判断移动路径是否为铅垂方向的标准。但是细导线要做到完全笔直是不容易的。本专利技术用下面简单易行的方法做到了这一点。用一根直径0.3mm，Im长(也可根据实际需要选取其它长度)的优质漆包线。实测数据说明此漆包线在所需长度内的直径均匀性优于0.1 μ m。如果漆包线的直径均匀性达不到优于0.1 μ m的指标，可以进行挑选，选出一段长度满足需求而直径均匀性优于0.1 μ m的优质导线。实际操作说明这一点不难做至IJ。实测数据说明此漆包线悬挂1.8kg重物时会被拉断。操作时挂上重量为80%的重锤，约1.5kg。再在漆包线的两端通入电流。逐步调大电流，达到12A时，漆包线发热达到热屈服极限，会自行伸长。此时再逐步减小电流，直到电流为零。此时漆包线的残余应力和残余变形就被很好地消除了。实测数据说明此时漆包线的直径不均匀性仍小于0.1 μ m，但变得更加笔直。经过这样的处理后漆包线应避免在后续操作中再产生新的变形。实际使用时，可以将漆包线的上端稳定固定在一个小型龙门架上。3，把固定在铅垂导线末端的重锤浸入液体中，利用液体阻尼消除铅垂导线的晃动，大大增加了铅垂方向标准的准确性:末端挂着重锤的铅垂导线成为一个重力摆。在外界的震动和气流的干扰下，会不停地产生微小摆动。如把此导线本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种实现高精度测量竖直移动方向的装置，其特征在于：所述装置包括电容传感器和精密变压器电桥；所述电容传感器的高电位电极和指零电极分别与所述精密变压器电桥连接；所述指零电极与竖直移动装置固定连接；所述指零电极与高电位电极之间电容量的变化能够指示出竖直移动装置的移动方向是否为铅垂方向。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张钟华，曾涛，李正坤，韩冰，鲁云峰，李世松，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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