[发明专利]微弱力传感器

说明书

本发明涉及一种传感测量用的微弱力传感器，尤其是用于测量单分子膜压膜过程中膜的表面压的传感测量。现在的微弱力测量有悬臂式力传感器和吊片式压电力传感器。悬臂式力传感器在其悬臂梁上涂覆一层反射层，在其上方设置光源和光探测器，当力作用在悬臂梁上时，光强分布发生变化，光探测器便收到这种变化的光信号，然而，这种悬臂式力传感器用于微弱力的传感测量时，只能通过减小悬臂梁截面积的办法来提高传感精度，以适用于微弱力的传感测量，截面积的减小将导致宽度变窄，这时光源将直接照射在待测物体上，这对于测量某些光弹性材料等表面形貌的测量是极其不利的，因为它们在光照的条件下会发生变化，导致变形，影响测量精度；其次，由于光源从悬臂梁外部照射至该梁的反射层上，并经反射，由设在其外部的光探测器接收，这就要求上述三者的位置相应，并有适当的方位角，这就给调整增加了难度；再次，由于光源的外设，要求扩大悬臂梁上的反射层，而温度、温度的变化对在面积的反射层影响较大，导致其测量精度长。吊片式压电微力传感器在测量微力，尤其是用于测量单分子膜压膜过程中的表面压时，由于压电片的灵敏度低，这就需要有较大的作用力，而作用力正比于吊片的宽度和单分子膜表面压，由于表面压很小，故只能通过增大吊片宽度来实现增大作用力，然而扩大吊片宽度会增大对单分膜的扰动，且只能测得吊片宽度区域表面压的平均值，所以，该传感器无法用于研究单分子膜的均匀性。

本发明的发明目的在于提供一种灵敏度高的超微力传感器。

本发明采用如下技术方案来实现发明的：

本发明由光纤1、光源2及光源支架3组成，光纤1的一端和光源2设在光源支架3上，在光纤的一端与光纤2之间设有透镜4，为便于精度的调整，在光纤1上设有调节支座(5)。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

①灵敏度高。由于光纤1细而软，故只需要微小力便可使光纤1的端部发生位移，而位移使得光探测器12接收到的光信号发生变化，提高了灵敏度。在单分子膜压过程中的表面压测量技术领域，单分子膜的表面张力足以使光纤1发生位移，使光强信号发生变化。另外，由于光纤的细小使得本发明可对单分子膜的表面压实现点测量，故能够且有利于研究单分子膜的均匀性，对单分子膜的扰动也较小。

②由于本发明在光纤上设置了调节支座5，使本发明可以通过调整悬臂光纤的长度来改变灵敏度等级，以适于不同场合的需要。当需要测量的力很小时，就可以增加悬臂光纤的长度，以提高传感器的灵敏度。

③由于光束在光纤中传输，这就避免了因光源对被测样品的照射所常带来的误差。另外，它还使光源与悬臂梁实现简单的耦合。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的实施例结构示意图。

图3是本发明的调节支座实施例结构示意图。

图4是本发明的调节支座另一实施例结构示意图。

下参照附图，对本发明的实施方案作一详细描述：

本发明由光纤1、光源2及光源支架3组成，光源2可选用发光二极管或激光二极管、灯泡等，考虑到体积、价格等因素，在本实施例中可选用1.3μm的发光二极管或激光二极管，上述光纤1的一端和光源2设在光源支架3上，在光纤1的一端与光源2之间设有透镜4，在光纤1上设有调节支座5，该调节支座5可为胶带7，也可以由基座8和用于紧固光纤1的固紧螺钉9组成，在基座8上设有孔11，光纤1置于该孔11中，为避免因固紧而损坏光纤，本发明在固紧螺钉9与光纤1之间设有垫片10，本发明的灵敏度则是通过调整调节支座5至光纤1另一端的距离来实现，当确定了灵敏度，选择了相应的光纤悬臂长度，即可用调节支座将其固定下来。在使用本发明时，为简便安装，光纤1的另一端为斜面，在光纤1的另一端斜面上设有反射镜6。