[发明专利]基于精密扭秤周期法的微电量测量装置及方法

权利要求书

1.基于精密扭秤周期法的微电量测量装置，其特征在于：包括精密扭秤（1）、激光器（2）、透镜（3）、PSD光位移传感器（4）、数字存储示波器（5）和计算机（6）；其中， 

所述精密扭秤（1），包括两个金属小球（1-1）、两端各粘贴一个金属小球（1-1）的玻璃棒（1-2）、与金属小球（1-1）位于同一平面的平面反射镜（1-3），以及两块相互平行且正对、与玻璃棒（1-2）和平面反射镜（1-3）垂直、用于接通高压静电发生器在正对区域产生均匀电场的金属板（1-4）； 

所述激光器（2），用于向平面反射镜（1-3）发射激光光束； 

所述透镜（3），用于汇聚经过平面反射镜（1-3）反射的激光光束； 

所述PSD光位移传感器（4），用于接收经过平面反射镜（1-3）反射和透镜（3）汇聚的激光光源的激光信号，并转换为电压信号输出； 

所述数字存储示波器（5），与PSD光位移传感器（4）的输出端相连接，用于接收PSD光位移传感器（4）输出的电压信号，并转换为数字信号进行存储； 

所述计算机（6），与数字存储示波器（5）连接，用于接收数字存储示波器（5）存储的数字信号。 

2.根据权利要求1所述的基于精密扭秤周期法的微电量测量装置，其特征在于：所述精密扭秤（1）还包括钨丝（1-5）、夹具（1-6）、套管（1-7）、螺母（1-8）、磁铁（1-9）、底板（1-10）以及玻璃罩体（1-11），所述钨丝（1-5）的上、下两端分别通过夹具（1-6）和套管（1-7）固定，所述夹具（1-6）固定在玻璃罩体（1-11）的顶部，所述套管（1-7）通过螺母（1-8）固定在磁铁（1-9）上，所述磁铁（1-9）放置在底板（1-10）上；所述玻璃棒（1-2）系在钨丝（1-5）上，所述平面反射镜（1-3）粘贴在钨丝（1-5）上，所述两块金属板（1-4）位于玻璃罩体（1-11）内且固定在底板（1-10）上。 

3.根据权利要求2所述的基于精密扭秤周期法的微电量测量装置，其特征在于：所述玻璃棒（1-2）的长度l为6cm，直径φ为50μm，所述钨丝（1-5）的长度l为(260±1)mm，直径φ为25μm。 

4.根据权利要求2所述的基于精密扭秤周期法的微电量测量装置，其特征在于：所述底板（1-10）由上层玻璃板和下层木板组成，所述金属板（1-4）通过螺钉固定在上层玻璃板上。 

5.根据权利要求2所述的基于精密扭秤周期法的微电量测量装置，其特征在于：所述玻璃罩体（1-11）由三块长度为350mm、宽度为350mm、厚度为4mm的玻璃板组成，其中一块玻璃板位于顶部，另外两块玻璃板位于两侧；所述顶部的玻璃板开有直径为80mm的圆孔，所述夹具（1-6）放置在该圆孔上并由螺钉固定。 

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于精密扭秤周期法的微电量测量装置，其特征在于：所述两块金属板（1-4）是长度为30cm、宽度为20cm的铁板，两块铁板之间的间距为10cm。 

7.基于权利要求2所述装置的微电量测量方法，其特征在于包括以下步骤： 

1）在精密扭秤（1）中，对玻璃棒（1-2）两端的金属小球（1-1）充电，使金属小球（1-1）形成带微电量的金属小球（1-1）； 

2）激光器（2）向平面反射镜（1-3）发射激光光束，光束经过平面反射镜（1-3）反射后，由透镜（3）汇聚在PSD光位移传感器（4）的光敏面上形成光点； 

3）带微电量的金属小球（1-1）在均匀电场中受静电力作用后，玻璃棒（1-2）在电场力矩和钨丝（1-5）回复力矩的作用下，绕钨丝（1-5）做周期性的往返摆动，使钨丝（1-5）扭转，带动平面反射镜（1-3）往返摆动，同时平面反射镜（1-3）的往返摆动使光点在PSD光位移传感器（4）的光敏面上做周期往返的简谐运动； 

4）PSD光位移传感器（4）将光点位移信号转换为连续的电压信号输出，由数字存储示波器（5）接收，并转为数字信号进行存储； 

5）计算机（6）读取和处理数字存储示波器（5）存储的数字信号，根据数字信号获得精密扭秤1的摆动周期，从而计算出金属小球（1-1）的微电量。