專利名稱：用磁場相互作用力的原理測量微小長度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測量微小長度的裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，產(chǎn)品的小型化或微型化越來越成為一個(gè) 重要的分支，因而微小長度的測量越來越多如細(xì)絲、小孔、鍍層厚度、集成 電路中的氧化層厚度、各元件間的微小距離、計(jì)算機(jī)中磁頭與磁盤間的微小間 隙等等；而且精度要求也越來越高，如超大規(guī)模集成電路中要求位置的測量精 度為0.1ym的數(shù)量級。科學(xué)技術(shù)向微小領(lǐng)域發(fā)展，由毫米級、微米級繼而涉 足到納米級，即微/納米技術(shù)，微/納米技術(shù)研究和探測物質(zhì)結(jié)構(gòu)的功能尺寸與 分辨力達(dá)到微米至納米級尺度，使人類在改造自然方面深入到原子、分子級的 納米層次。微/納米技術(shù)的發(fā)展，離不開微米級和納米級的測量技術(shù)與設(shè)備， 而這些設(shè)備目前均是融合了光、機(jī)、電、算等多學(xué)科的綜合技術(shù)，制作及應(yīng)用 十分復(fù)雜，技術(shù)水平超越了現(xiàn)有的純機(jī)械、純光學(xué)、純電學(xué)等傳統(tǒng)的測量技術(shù)。
現(xiàn)有的納米測量儀器有掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope簡稱AFM)等，但它們卻存在各自的不足，如掃描隧道顯 微鏡只能觀測導(dǎo)體或半導(dǎo)體，而不能觀測非導(dǎo)體；原子力顯微鏡的放射性容易 破壞所觀測物體，特別是在對微生物進(jìn)行觀測時(shí)，這類顯微鏡會影響分析結(jié)果。 同時(shí)，這些觀測儀器還有調(diào)試操作復(fù)雜、造價(jià)昂貴、量程小、精度還有待提高 等不足，因此，時(shí)代的發(fā)展迫切地要求提出新的測量裝置以滿足測量微小長度 的需要。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種用磁場相互作用力的原理測量微小長度的 裝置，它可解決現(xiàn)有納米測量儀器存在調(diào)試操作復(fù)雜、造價(jià)昂貴、量程小、精 度還有待提高的問題。 .
本實(shí)用新型的裝置的一種技術(shù)方案是本實(shí)用新型包括支架、上磁鐵、下
磁鐵；本實(shí)用新型還包括測量儀、磁鐵行程限位筒、距離調(diào)節(jié)裝置和測量裝置； 所述測量儀是壓力測量儀，所述測量裝置是測量頭，所述磁鐵行程限位筒的上 端面設(shè)有中心 L，磁鐵行程限位筒固裝在支架內(nèi)，所述上磁鐵和下磁鐵均裝在 磁鐵行程限位筒內(nèi)，且上磁鐵和下磁鐵相鄰一端的磁性相同，下磁鐵的下端通 過距離調(diào)節(jié)裝置與壓力測量儀連接，所述壓力測量儀固定在支架內(nèi)的底座上， 上磁鐵的上端面與測量頭的下端面固接，測量頭的下端裝在磁鐵行程限位筒 內(nèi)，測量頭的上端穿過所述中心孔露在磁鐵行程限位筒的外面。本實(shí)用新型的 裝置的另一種技術(shù)方案是本實(shí)用新型包括支架、上磁鐵、下磁鐵；本實(shí)用新 型還包括法蘭座、測量儀、磁鐵行程限位筒、距離調(diào)節(jié)裝置和測量裝置；所述 測量儀是拉力測量儀，所述測量裝置由上測量爪、下測量爪、上測量支臂、下 測量支臂組成，所述距離調(diào)節(jié)裝置是調(diào)節(jié)螺桿總成，所述磁鐵行程限位筒與支 架固接，所述上磁鐵和下磁鐵均裝在磁鐵行程限位筒內(nèi)，且上磁鐵和下磁鐵相 鄰一端的磁性相異，下磁鐵的下端與拉力測量儀固接，所述拉力測量儀固定在 支架的底支座上，上磁鐵的上端面與法蘭座的下端面固接，所述調(diào)節(jié)螺桿總成 的下端裝在法蘭座的內(nèi)臺肩孔內(nèi)，且調(diào)節(jié)螺桿總成與支架的內(nèi)螺紋孔螺紋連 接，磁鐵行程限位筒的側(cè)壁上設(shè)有長孔，所述上測量爪和下測量爪相對設(shè)置， 所述上測量支臂和下測量支臂相對設(shè)置，上測量爪的一端固裝在上測量支臂的 測量滑道內(nèi)，下測量爪的一端固裝在下測量支臂的測量滑道內(nèi)，且上測量支臂 的一端穿過磁鐵行程限位筒上的長孔與上磁鐵固接，下測量支臂的一端穿過磁 鐵行程限位筒上的長孔與下磁鐵固接。
本實(shí)用新型具有以下有益效果 一、精度超高本實(shí)用新型雖然利用的是 純機(jī)械技術(shù)，但具備了目前光、機(jī)、電、算融合技術(shù)很難達(dá)到的水平，利用本 實(shí)用新型的裝置，在兩個(gè)磁場強(qiáng)度足夠大、距離足夠近的前提下，足以測量出 納米級、埃級甚至于更微小的長度。二、量程范圍寬本實(shí)用新型的裝置量程 范圍可在埃級到米級的范圍之間。三、造價(jià)低本實(shí)用新型的裝置與現(xiàn)有的高 精度測量裝置相比較，造價(jià)相當(dāng)?shù)?。四、操作簡單由于掃描隧道顯微鏡(STM) 和原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope簡稱AFM)等高精度測量儀器操 作時(shí)必須有一套數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理，才能顯示出來，而本實(shí)用新型的裝置可直 接從壓力測量儀或拉力測量儀的示值讀出，因此本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有的高精
度測量裝置簡單、容易操作。五、應(yīng)用范圍廣在現(xiàn)實(shí)生活的各個(gè)領(lǐng)域只要能 夠轉(zhuǎn)化為長度的任何物理量均可以采用本實(shí)用新型的裝置來測量，本實(shí)用新型
既可用于測量微米、亞微米級，也可用于納米級及精度更高的測量；既可用于
純機(jī)械、傳統(tǒng)儀器的更新改造，又可用于尖端科技的高層突破。在軍用上，如
常規(guī)武器的改造提高，航空航天的各種測控技術(shù)等；民用上，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)上的更. 新改造，制造業(yè)的技術(shù)提高等。本實(shí)用新型的裝置可與計(jì)算機(jī)、單片機(jī)連接后 進(jìn)行自動測量、自動處理和自動控制，可間接測量溫度、濕度、光度、體積、 容積、重量等。六、本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡單、容易加工制造。

圖1是本實(shí)用新型的裝置的整體結(jié)構(gòu)主視圖(測量儀是壓力測量儀5)， 圖2是本實(shí)用新型的裝置的整體結(jié)構(gòu)主視圖(測量儀是拉力測量儀16)，圖3 是圖2的A向視圖，圖4是圖2的B向視圖，圖5是本實(shí)用新型的裝置的一 種測量范例主視圖(測量儀是壓力測量儀5),圖6本實(shí)用新型的裝置的一種 測量范例主視圖(測量儀是拉力測量儀16),圖7是半圓桶柱13的俯視圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的裝置由支架1、 上磁鐵2、下磁鐵3、測量儀、磁鐵行程限位筒4、距離調(diào)節(jié)裝置8和測量裝 置組成；所述測量儀是壓力測量儀5，所述測量裝置是測量頭6，所述磁鐵行 程限位筒4的上端面設(shè)有中心孔7，磁鐵行程限位筒4固裝在支架1內(nèi)，所述 上磁鐵2和下磁鐵3均裝在磁鐵行程限位筒4內(nèi)，且上磁鐵2和下磁鐵3相鄰 一端的磁性相同，下磁鐵3的下端通過距離調(diào)節(jié)裝置8與壓力測量儀5連接， 所述壓力測量儀5固定在支架1內(nèi)的底座9上，上磁鐵2的上端面與測量頭6 的下端面固接，測量頭6的下端裝在磁鐵行程限位筒4內(nèi)，測量頭6的上端穿 過所述中心孔7露在磁鐵行程限位筒4的外面。本實(shí)施方式中的壓力測量儀5 為外購件。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的距離調(diào)節(jié)裝置 8由套筒10、套筒底40、外螺紋導(dǎo)柱ll、旋轉(zhuǎn)螺帽12、螺帽內(nèi)擋圈39組成； 所述螺帽內(nèi)擋圈39裝在套筒10內(nèi)，旋轉(zhuǎn)螺帽12裝在螺帽內(nèi)擋圈39和套筒 10上且與螺帽內(nèi)擋圈39固接，外螺紋導(dǎo)柱11的下端穿過旋轉(zhuǎn)螺帽12裝在套
筒10內(nèi)，且外螺紋導(dǎo)柱11與旋轉(zhuǎn)螺帽12螺紋連接，套筒10的下端面與套筒 底40固接，套筒底40裝在所述壓力測量儀5上，所述下磁鐵3裝在外螺紋導(dǎo) 柱11上。如此設(shè)置，可方便調(diào)整下磁鐵3的上下位置。其它組成及連接關(guān)系 與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的支架1 由底座9、半圓桶柱13、固定筋14組成；所述半圓桶柱13的下端與底座9 的上端面固接，半圓桶柱13的內(nèi)壁上固裝有固定筋14，所述固定筋14與磁 鐵行程限位筒4的外壁固接。如此設(shè)置，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。 其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖2~圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的裝置由 支架1、上磁鐵2、下磁鐵3、法蘭座15、測量儀、磁鐵行程限位筒4、距離 調(diào)節(jié)裝置8和測量裝置組成；所述測量儀是拉力測量儀16，所述測量裝置由 上測量爪17、下測量爪18、上測量支臂33、下測量支臂34、第一鎖緊螺絲 37、第二鎖緊螺絲38組成，所述距離調(diào)節(jié)裝置8是調(diào)節(jié)螺桿總成，^f述磁鐵 行程限位筒4與支架1固接，所述上磁鐵2和下磁鐵3均裝在磁鐵行程限位筒 4內(nèi)，且上磁鐵2和下磁鐵3相鄰一端的磁性相異，下磁鐵3的下端與拉力測 量儀16固接，所述拉力測量儀16固定在支架1的底支座19上，上磁鐵2的 上端面與法蘭座15的下端面固接，所述調(diào)節(jié)螺桿總成的下端裝在法蘭座15 的內(nèi)臺肩孔21內(nèi)，且調(diào)節(jié)螺桿總成與支架l的內(nèi)螺紋孔20螺紋連接，磁鐵行 程限位筒4的側(cè)壁上設(shè)有長孔22，所述上測量爪17和下測量爪18相對設(shè)置， 所述上測量支臂33和下測量支臂34相對設(shè)置，上測量爪17的一端裝在上測 量支臂33的測量滑道35內(nèi)，上測量爪17通過裝在上測量爪17的內(nèi)螺紋孔中 的第一鎖緊螺絲37與上測量支臂33固接，下測量爪18的一端裝在下測量支 臂34的測量滑道36內(nèi)，下測量爪18通過裝在下測量爪18的內(nèi)螺紋孔中的第 二鎖緊螺絲38與下測量支臂34固接，上測量支臂33的一端穿過磁鐵行程限 位筒4上的長孔22與上磁鐵2固接，下測量支臂34的一端穿過磁鐵行程限位 筒4上的長孔22與下磁鐵3固接。本實(shí)施方式中的拉力測量儀16為外購件。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的調(diào)節(jié)螺桿總成 由旋轉(zhuǎn)帽23、螺桿24、螺帽25組成；所述旋轉(zhuǎn)帽23和螺桿24制成一體，所
述螺桿24的上端與旋轉(zhuǎn)帽23的下端面固接，螺桿24的下端與裝在法蘭座15 的內(nèi)臺肩孔21中的螺帽25螺紋連接。如此設(shè)置，具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便的 優(yōu)點(diǎn)。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的支架l由豎板 26、底支座19、筋板27、上限位板28組成；所述豎板26的下端與底支座19 的上端面固接，上限位板28位于底支座19的上方且與豎板26固接，所述上 限位板28由水平板29和軸套30組成，所述軸套30的下端面與水平板29的 上端面固接，軸套30和水平板29上設(shè)有同軸的內(nèi)螺紋孔20，所述螺桿24與 所述內(nèi)螺紋孔20螺紋連接，所述磁鐵行程限位筒4和上限位板28分別與筋板 27固接，筋板27與豎板26固接。如此設(shè)置，結(jié)構(gòu)簡單、使用安全可靠。其 它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式還增加有連接環(huán)31;所述連接環(huán)31與下磁鐵3的 下端面固接，所述拉力測量儀16與連接環(huán)31連接。如此設(shè)置，可方便拉力測 量儀16與下磁鐵3的連接。
利用具體實(shí)施方式
一的技術(shù)方案測量金屬塊32的熱膨脹量的方法是通 過先調(diào)節(jié)距離調(diào)節(jié)裝置8來調(diào)節(jié)上、下磁鐵的間距，使壓力測量儀5顯示測量 值，此測量值為使用者需要的精度范圍，再將測量頭6頂在已經(jīng)固定的金屬塊 32的測量面上，通過加熱使金屬塊32自身溫度升高到預(yù)定溫度，此時(shí)通過壓 力測量儀5的示值之差即可得出該金屬塊32的熱膨脹數(shù)值(參照附圖5)。
利用具體實(shí)施方式
四的技術(shù)方案測量金屬塊32的熱膨脹量的方法是通 過先調(diào)節(jié)距離調(diào)節(jié)裝置8來調(diào)節(jié)上、下磁鐵的間距，使拉力測量儀16顯示測 量值，此測量值為使用者需要的精度范圍，再調(diào)整上、下兩個(gè)測量爪在上、下 兩個(gè)測量支臂的測量滑道上的間距，直至上、下兩個(gè)測量爪夾住被測金屬塊 32的測量面上，并使上、下兩個(gè)測量爪與上、下兩個(gè)測量支臂固定，通過加 熱使金屬塊32的自身溫度升高到預(yù)定溫度，此時(shí)通過拉力測量儀16的示值之 差即可得出該金屬塊32的熱膨脹數(shù)值(參照附圖6)。
權(quán)利要求1、一種用磁場相互作用力的原理測量微小長度的裝置，它包括支架(1)、上磁鐵(2)、下磁鐵(3)；其特征在于它還包括測量儀、磁鐵行程限位筒(4)、距離調(diào)節(jié)裝置(8)和測量裝置；所述測量儀是壓力測量儀(5)，所述測量裝置是測量頭(6)，所述磁鐵行程限位筒(4)的上端面設(shè)有中心孔(7)，磁鐵行程限位筒(4)固裝在支架(1)內(nèi)，所述上磁鐵(2)和下磁鐵(3)均裝在磁鐵行程限位筒(4)內(nèi)，且上磁鐵(2)和下磁鐵(3)相鄰一端的磁性相同，下磁鐵(3)的下端通過距離調(diào)節(jié)裝置(8)與壓力測量儀(5)連接，所述壓力測量儀(5)固定在支架(1)內(nèi)的底座(9)上，上磁鐵(2)的上端面與測量頭(6)的下端面固接，測量頭(6)的下端裝在磁鐵行程限位筒(4)內(nèi)，測量頭(6)的上端穿過所述中心孔(7)露在磁鐵行程限位筒(4)的外面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用磁場相互作用力的原理測量微小長度的裝置， 其特征在于所述距離調(diào)節(jié)裝置(8)由套筒(10)、套筒底(40)、外螺紋導(dǎo)柱(ll)、 旋轉(zhuǎn)螺帽(12)、螺帽內(nèi)擋圈(39)組成；所述螺帽內(nèi)擋圈(39)裝在套筒(10)內(nèi)，旋 轉(zhuǎn)螺帽(12)裝在螺帽內(nèi)擋圈(39)和套斷10)上且與螺帽內(nèi)擋圈(39)固接，外螺紋 導(dǎo)柱(11)的下端穿過旋轉(zhuǎn)螺帽(12)裝在套銜10)內(nèi)，且外螺紋導(dǎo)柱(ll)與旋轉(zhuǎn)螺 帽(12)螺紋連接，套筒(10)的下端面與套筒底(40)固接，套筒底(40)裝在所述壓 力測量儀(5)上，所述下磁鐵(3)裝在外螺紋導(dǎo)柱(11)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用磁場相互作用力的原理測量微小長度的裝置， 其特征在于所述支架(1)由底座(9)、半圓桶柱(13)、固定筋(14)組成；所述半圓 桶柱(13)的下端與底座(9)的上端面固接，半圓桶柱(13)的內(nèi)壁上固裝有固定筋 (14)，所述固定銜14)與磁鐵行程限位筒(4)的外壁固接。
4、 一種用磁場相互作用力的原理測量微小長度的裝置，它包括支架(l)、 上磁鐵(2)、下磁鐵(3);其特征在于它還包括法蘭座(15)、測量儀、磁鐵行程限 位筒(4)、距離調(diào)節(jié)裝置(8)和測量裝置；所述測量儀是拉力測量儀(16)，所述測 量裝置包括上測量爪(17)、下測量爪(18)、上測量支臂(33)、下測量支臂(34)， 所述距離調(diào)節(jié)裝置(8)是調(diào)節(jié)螺桿總成，所述磁鐵行程限位筒(4)與支架(l)固接， 所述上磁鐵(2)和下磁鐵(3)均裝在磁鐵行程限位筒(4)內(nèi)，且上磁鐵(2)和下磁鐵 (3)相鄰一端的磁性相異，下磁鐵(3)的下端與拉力測量儀(16)固接，所述拉力測量儀(16)固定在支架(1)的底支座(19)上，上磁鐵(2)的上端面與法蘭座(15)的下 端面固接，所述調(diào)節(jié)螺桿總成的下端裝在法蘭座(15)的內(nèi)臺肩孔(21)內(nèi)，且調(diào) 節(jié)螺桿總成與支架(1)的內(nèi)螺紋孔(20)螺紋連接，磁鐵行程限位筒(4)的側(cè)壁上設(shè) 有長孔(22)，所述上測量爪(17)和下測量爪(18灘對設(shè)置，所述上測量支臂(33) 和下測量支臂(34灘對設(shè)置，上測量爪(17)的一端固裝在上測量支臂(33)的測量 滑道(35)內(nèi)，下測量爪(18)的一端固裝在下測量支臂(34)的測量滑道(36)內(nèi)，且 上測量支臂(33)的一端穿過磁鐵行程限位筒(4)上的長孔(22)與上磁鐵(2)固接， 下測量支臂(34)的一端穿過磁鐵行程限位筒(4)上的長孔(22)與下磁鐵(3)固接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用磁場相互作用力的原理測量微小長度的裝置， 其特征在于所述調(diào)節(jié)螺桿總成由旋轉(zhuǎn)帽(23)、螺桿(24)、螺帽(25)組成；所述螺 桿(24)的上端與旋轉(zhuǎn)帽(23)的下端面固接，螺桿(24)的下端與裝在法蘭座(15)的 內(nèi)臺肩孔(21)中的螺帽(25)螺紋連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用磁場相互作用力的原理測量微小長度的裝置， 其特征在于所述支架(1)由豎板(26)、底支座(19)、筋板(27)、上限位板(28)組成； 所述豎板(26)的下端與底支座(19)的上端面固接，上限位板(28)位于底支座(19) 的上方且與豎板(26)固接，所述上限位板(28)由水平板(29)和軸套(30)組成，所 述軸對30)的下端面與水平板(29)的上端面固接，軸套(30)和水平板(29)上設(shè)有 同軸的內(nèi)螺紋孔(20)，所述螺桿(24)與所述內(nèi)螺紋孔(20)螺紋連接，所述磁鐵行 程限位筒(4)和上限位板(28)分別與筋板(27調(diào)接，筋板(27)與豎板(26)固接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用磁場相互作用力的原理測量微小長度的裝置， 其特征在于它還包括連接環(huán)(31);所述連接環(huán)(31)與下磁鐵(3)的下端面固接， 所述拉力測量儀(16)與連接環(huán)(31)連接。
專利摘要用磁場相互作用力的原理測量微小長度的裝置，它涉及一種測量微小長度的裝置。解決現(xiàn)有納米測量儀器調(diào)試操作復(fù)雜、造價(jià)高、量程小問題。裝置一上、下磁鐵裝在磁鐵行程限位筒(4)內(nèi)且相鄰一端磁性相同，下磁鐵(3)通過距離調(diào)節(jié)裝置(8)與壓力測量儀(5)連接，上磁鐵(2)與測量頭(6)固接；其裝置二與一不同點(diǎn)是上、下磁鐵相鄰一端磁性相異，下磁鐵(3)與拉力測量儀(16)固接，上、下測量爪與上、下磁鐵固接。本實(shí)用新型具有精度超高、量程寬、造價(jià)低、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新型既可用于測量微米、亞微米級，也可用于納米級及精度更高的測量；既可用于純機(jī)械、傳統(tǒng)儀器的更新改造，又可用于尖端科技的高層突破。
文檔編號G01B7/02GK201069352SQ200720117109
公開日2008年6月4日 申請日期2007年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月30日
發(fā)明者孫五一 申請人:孫五一