[发明专利]一种水平微纳力值发生装置及生成方法

说明书

本发明公开了一种水平微纳力值发生装置及生成方法，装置包括第一静电微纳力值发生装置、第二静电微纳力值发生装置、支撑结构和微纳力值输出端；方法包括：分别为支撑结构施加第一静电微纳力和第二静电微纳力，其中，第一静电微纳力与第二静电微纳力均沿水平方向，且第一静电微纳力的方向与第二静电微纳力的方向相反；支撑结构将所受的第一静电微纳力和第二静电微纳力的合力传递至微纳力值输出端；调整第一静电微纳力和第二静电微纳力的大小，输出标准的微纳力值。本发明利用了差减法的原理大幅降低了输入电源不稳定性和残余电容对输出的标准微纳力值的影响，精度高；同时能产生水平方向的微纳力值，适用性广。本发明可广泛应用于计量领域。

技术领域

本发明涉及计量领域，尤其是一种水平微纳力值发生装置及生成方法。

背景技术

微纳力值的测量和量值溯源广泛应用于微纳米量级的加工技术、微小力传感器技术、纳米硬度测量、生物力学量测量、液体表面张力研究、微观摩擦现象的观测以及微型卫星、微型间谍飞行器的姿态调整与定位等先进技术中，其测量的准确度是新材料、微电子、生物技术以及航空航天技术等高端、高精度、新兴产业发展的关键问题。

但对于微纳力值的量值溯源研究仍处于初始阶段，目前各国并未形成统一的微纳力值量值溯源方法与体系，因此造成当前使用的微纳力值传感器无法进行有效的量值溯源，无法保证其测量的量值准确可靠。例如，在目前应用广泛的卫星微推力测量系统中，需要使用量值准确可靠的水平微纳力值对其进行标定，并以此为基础对卫星上使用的微推进器性能进行测试。目前研究人员虽已经采用了一些方法实现了微纳量级力值的量值溯源，但是目前的方法仍存在以下缺点：

(1)目前其采用的静电力(或电磁力)发生装置，虽然可以生成微纳量级的标准力值，但是需要提供高精度的电源装置，因为根据静电力(或电磁力)的生成原理，输入电源的不稳定性将会对输出标准微纳力值产生直接影响。例如，对于静电力发生装置而言，输出微纳静电力与输入电压为二次方的关系(F∝U²)，若输入电压发生波动，则输出标准微纳力值也将受到严重影响。

(2)目前其采用静电力作为标准微纳力值的装置，由于残余电容的存在，每次卸载电压后将在装置上留下部分残余电容，因此在重复使用过程中，残余电容将对输出标准微纳力值产生影响，虽然留下的残余电容极小，但由于涉及的是微纳力值的测量，因此残余电容的影响不可忽略，输出的标准微纳力值越小，残余电容的影响越大。

(3)目前对于微纳量级力值的溯源或测量主要集中在竖直方向，但在应用过程中许多时候会涉及到水平方向微纳力值的溯源或测量，例如在MEMS微推进器性能测试等领域中就需要对水平方向进行溯源或测量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种精度高和适用性广的水平微纳力值发生装置及生成方法。

本发明一方面所采取的技术方案是：

一种水平微纳力值发生装置，包括：

第一静电微纳力值发生装置，用于产生第一静电微纳力；

第二静电微纳力值发生装置，用于产生第二静电微纳力；

支撑结构，用于接收第一静电微纳力和第二静电微纳力，并传递第一静电微纳力和第二静电微纳力的合力；

微纳力值输出端，用于根据第一静电微纳力和第二静电微纳力的合力输出标准的微纳力值；

其中，第一静电微纳力与第二静电微纳力均沿水平方向，且第一静电微纳力的方向与第二静电微纳力的方向相反；

所述支撑结构的末端与微纳力值输出端连接，所述第一静电微纳力值发生装置和第二静电微纳力值发生装置分别安装在支撑结构的两侧。

进一步，还包括旋转结构，所述旋转结构与支撑结构的前端连接。