本發(fā)明涉及測(cè)量領(lǐng)域，其具體涉及的載荷平衡測(cè)量方法和測(cè)量裝置，以及運(yùn)用本發(fā)明載荷平衡測(cè)量而實(shí)施的材料內(nèi)力平衡測(cè)量和微動(dòng)測(cè)量與控制，例如其包括實(shí)現(xiàn)測(cè)力、稱重試驗(yàn)中對(duì)全量程載荷的精確測(cè)量；實(shí)現(xiàn)材料力學(xué)性能的精確測(cè)定；實(shí)現(xiàn)極限量程微動(dòng)的精確測(cè)定與控制。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及科研分析工作的不斷深入，對(duì)極限力值、極限位移、精確定位以及材料力學(xué)性能的精確測(cè)定已經(jīng)成為目前航空航天、國(guó)防工業(yè)、核工業(yè)、材料科學(xué)以及精密加工等技術(shù)領(lǐng)域迫切需要解決的問(wèn)題。

a.應(yīng)力松弛不僅是連接件設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題，也是極端條件下結(jié)構(gòu)完整評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，因此材料應(yīng)力松弛的精確測(cè)定在理論研究和工程設(shè)計(jì)方面都具有重要的意義。據(jù)《金屬材料拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法》GB/T10120-2013描述，應(yīng)力松弛試驗(yàn)采用適時(shí)調(diào)整試件的載荷，以保持試件變形恒定，最終測(cè)量試件殘余應(yīng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于受檢測(cè)裝置靈敏度限制，試件緩慢而細(xì)微的變形雖然可視，但對(duì)其蠕變變形卻無(wú)準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，這種試驗(yàn)方法不但實(shí)施困難，其始終無(wú)法避免殘余應(yīng)力測(cè)量引起的不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，且該方法未能展示試件內(nèi)部的介觀信息，嚴(yán)重的阻礙了應(yīng)力松弛機(jī)理的研究進(jìn)程。

b.材料楊氏模量是衡量材料受力后其變形程度的參數(shù)，是設(shè)計(jì)各種工程結(jié)構(gòu)時(shí)選用材料的主要依據(jù)之一，其測(cè)量方法在《金屬材料 彈性模量和泊松比試驗(yàn)方法》GB/T22315-2008已經(jīng)做了詳細(xì)的要求，但試驗(yàn)中軸向變形增量的示值誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響始終未得到有效的解決，從而嚴(yán)重影響了此類試驗(yàn)的測(cè)量效果。

c.質(zhì)量和力值測(cè)量已經(jīng)有很多為人們所熟知的測(cè)量方法，但由于受到衡量設(shè)備的量程限制以及現(xiàn)有檢測(cè)裝置的制約，目前大力值、大質(zhì)量以及超微力值仍無(wú)法做到精確測(cè)量，盡管現(xiàn)有技術(shù)中不乏運(yùn)用各種放大措施來(lái)擴(kuò)大其量程的實(shí)例，但這類大量程測(cè)量的實(shí)現(xiàn)是以降低測(cè)量系統(tǒng)靈敏度和測(cè)量精度作為代價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)的；由于受到測(cè)量設(shè)備制約，技術(shù)人員尚未尋求到一條適合超微力值溯源的途徑，微小質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)砝碼本身仍存在著很大的不確定度，造成國(guó)際上目前仍沒(méi)有統(tǒng)一、準(zhǔn)確的微小力計(jì)量方法。因此，極限量程測(cè)力、稱重以及微力發(fā)生控制目前依然是該測(cè)量領(lǐng)域的難題。

d.微位移系統(tǒng)是超精密加工及檢測(cè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來(lái)隨著微電子技術(shù)，宇航，生物工程學(xué)科的迅速發(fā)展，迫切需要高精度，高分辨率，高可靠性的微位移系統(tǒng)用以直接工作或配合其他儀器設(shè)備完成高精度研究和使用。李慶祥王東生李玉和編著的《現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(jì)》一書(shū)第五章、第七章對(duì)現(xiàn)階段微位移系統(tǒng)各種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍以及所能達(dá)到的精度進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在我國(guó)，由于受到機(jī)械加工精度、檢測(cè)技術(shù)水平的制約，現(xiàn)有技術(shù)還無(wú)法滿足微位移系統(tǒng)大行程、高精度、高頻響、高分辨率檢測(cè)以及精確定位的性能要求，微位移技術(shù)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程仍十分緩慢。

以上實(shí)例均是基于力學(xué)平衡原理實(shí)施的力學(xué)測(cè)量。分析現(xiàn)有的力學(xué)測(cè)量方法，其對(duì)載荷間的不平衡度及平衡修正值的測(cè)量，或是借助機(jī)、電、聲、光、磁等技術(shù)，通過(guò)觀察測(cè)量平衡部件偏離平衡位置的程度來(lái)實(shí)現(xiàn)；或是通過(guò)測(cè)量受力部件發(fā)生應(yīng)變的程度來(lái)實(shí)現(xiàn)。其始終未能深入受力系統(tǒng)內(nèi)部，探究力系內(nèi)在的平衡狀態(tài)和受力狀況；加之受到現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度測(cè)量特性和非接觸測(cè)量分辨率低的制約，現(xiàn)有力學(xué)測(cè)量方法在極限量程測(cè)量中仍存在一定不足，該類試驗(yàn)對(duì)上述力學(xué)難題的精確測(cè)定仍未取得突破性進(jìn)展。尋求一種新的檢測(cè)原理，制造一種新的檢測(cè)儀器來(lái)突破以上力學(xué)測(cè)量中遇到的瓶頸問(wèn)題，正是本發(fā)明目的所在。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量性能可靠且能夠精確測(cè)量空間內(nèi)任意載荷平衡狀況的力學(xué)測(cè)量方法；

該方法還將對(duì)全量程載荷以及全量程載荷變化實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，能夠?qū)θ砍梯d荷實(shí)現(xiàn)量值傳遞，能夠?qū)ξ⑿≥d荷發(fā)生或變化實(shí)現(xiàn)精確控制。

本發(fā)明還將解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種易于實(shí)施且能夠精確測(cè)量材料內(nèi)力平衡的測(cè)量方法；

該材料內(nèi)力平衡測(cè)量方法將對(duì)材料內(nèi)力以及材料內(nèi)力松弛實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，該測(cè)量還將提供一種驗(yàn)證彈性假設(shè)正確性的方法，繼而對(duì)材料受力與材料變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。

本發(fā)明將提供一種微動(dòng)測(cè)量，該測(cè)量還將提供微動(dòng)控制和精確定位控制的方法。

本發(fā)明還將提供實(shí)施上述測(cè)量的測(cè)量裝置。

本發(fā)明的總體構(gòu)想是：首先提供一種力學(xué)測(cè)量方法，其將對(duì)空間內(nèi)任意載荷的平衡狀況實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量；調(diào)整該力學(xué)測(cè)量方法的測(cè)量條件，將能夠?qū)θ砍梯d荷以及全量程載荷變化實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，對(duì)微小載荷發(fā)生或變化實(shí)現(xiàn)精確控制，并對(duì)全量程載荷實(shí)現(xiàn)量值傳遞；該力學(xué)測(cè)量方法運(yùn)用于材料性能試驗(yàn)，將能夠?qū)Σ牧蟽?nèi)力平衡實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，運(yùn)用材料內(nèi)力平衡測(cè)量，其還將對(duì)材料內(nèi)力以及材料內(nèi)力松弛實(shí)現(xiàn)精確測(cè)定，該力學(xué)測(cè)量方法還將提供一種用于驗(yàn)證彈性假設(shè)正確性的方法，繼而將對(duì)材料受力與材料變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定；結(jié)合上述測(cè)量的標(biāo)定結(jié)果，利用彈性材料受力與材料變形的單值函數(shù)關(guān)系，該力學(xué)測(cè)量方法還將提供一種微動(dòng)測(cè)量，該測(cè)量還將提供微動(dòng)控制和精確定位控制的方法；最后本發(fā)明還將提供實(shí)施上述測(cè)量的測(cè)量裝置。

基于以上技術(shù)思路，通過(guò)實(shí)施如下措施將使本發(fā)明的目的得以實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，對(duì)于受不平衡力系作用的剛體，技術(shù)人員總能找到幾個(gè)由慣性參照系向剛體施加的約束力，其使該剛體滿足任意空間力系平衡的充要條件，達(dá)到受力平衡狀態(tài)；另?yè)?jù)靜力學(xué)加減平衡力系原理得知，慣性參照系向受平衡力系作用的剛性體施加平衡力，不改變剛性體受力平衡狀態(tài)，本發(fā)明稱上述約束力以及平衡力為系統(tǒng)平衡力。若對(duì)該系統(tǒng)平衡力實(shí)施測(cè)量，便能夠精確測(cè)量得出剛性體的受力平衡狀況，結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力后，原力系的不平衡度。

此處我們對(duì)共線力系的平衡測(cè)量作進(jìn)一步分析，據(jù)靜力學(xué)對(duì)共線力系描述：物體在共線力系作用下平衡的充要條件為F＝F1+F2+F3+...+Fn＝∑Fi＝0。圖1a、圖1b顯示的是受共線力系作用的剛性體平衡的示意圖，該裝置包括：慣性參照系101、剛性載荷疊加器102、系統(tǒng)平衡力106、互為共線的第一個(gè)作用力105和第二個(gè)作用力104以及第一個(gè)作用力105與第二個(gè)作用力104的合力107，剛性載荷疊加器102在第一個(gè)作用力105和第二個(gè)作用力104共線作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器102處于受力平衡狀態(tài)，需由慣性參照系101向剛性載荷疊加器102提供與第一、第二個(gè)作用力的合力107等值、反向且共線的系統(tǒng)平衡力106，使F＝F1+F2+F3+...+Fn＝∑Fi＝0，該共線力系滿足平衡條件，通過(guò)系統(tǒng)平衡力106的力值或力值變化，能精確測(cè)量該共線力系的平衡狀態(tài)以及原共線力系的不平衡度，其中圖1a顯示的是受反向共線力系作用的剛性體平衡的示意圖，圖中系統(tǒng)平衡力106的力值，其主要取決于第一個(gè)作用力105與第二個(gè)作用力104的合力107，其與第一個(gè)作用力105和第二個(gè)作用力104的力值無(wú)直接關(guān)聯(lián)，于是便產(chǎn)生了幾種提高系統(tǒng)平衡測(cè)量精度的技術(shù)方案，其一，選用力值更為接近的第一個(gè)作用力105和第二個(gè)作用力104相互作用，以方便選用更小量程、更高精度的測(cè)力部件對(duì)系統(tǒng)平衡力106實(shí)施測(cè)量，從而大幅度提高平衡測(cè)量精度；其二，由于系統(tǒng)平衡力106的力值主要取決于第一個(gè)作用力105與第二個(gè)作用力104的合力107，從理論上講只要將合力值107控制在高精度測(cè)量量程范圍內(nèi)，第一個(gè)作用力105與第二個(gè)作用力104可以為任意力值，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)全量程平衡測(cè)量的目的。圖1b顯示的是受同向共線力系作用的剛性體平衡的示意圖，將圖中第一個(gè)作用力105與第二個(gè)作用力104的合力107控制在高精度測(cè)量量程范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)更多的同向、共線力進(jìn)行疊加測(cè)量。同理，平面力偶矩載荷、平面轉(zhuǎn)矩載荷的平衡測(cè)量也具有與共線力平衡測(cè)量相同的測(cè)量特性，其同樣能夠?qū)崿F(xiàn)全量程測(cè)量和疊加測(cè)量的目的。

為解決上述空間內(nèi)任意載荷平衡狀況測(cè)量的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種載荷平衡測(cè)量，其包括剛性載荷疊加器、第一個(gè)載荷、第二個(gè)載荷、慣性參照系、系統(tǒng)平衡力以及力敏元件，其中：

剛性載荷疊加器，一種疊加和傳遞載荷對(duì)其作用效果的剛體或非絕對(duì)剛體，其可以是具體零部件，也可以是受力部件本身；第一個(gè)載荷，包括由體載荷、線載荷或面載荷形成的對(duì)所述剛性載荷疊加器具有單一分量或多分量作用效果的任意載荷，其還包括由多個(gè)前述載荷共同作用的等效載荷；第二個(gè)載荷，包括由體載荷、線載荷或面載荷形成的對(duì)所述剛性載荷疊加器具有單一分量或多分量作用效果的任意載荷，其還包括由多個(gè)前述載荷共同作用的等效載荷；慣性參照系，測(cè)量中選取的參考系，其對(duì)所述剛性載荷疊加器的作用效果包括使所述剛性載荷疊加器相對(duì)于其保持靜止；系統(tǒng)平衡力，由所述慣性參照系向所述剛性載荷疊加器提供的用以使所述剛性載荷疊加器保持受力平衡的一個(gè)或多個(gè)單一分量的正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的作用力；力敏元件，對(duì)力敏感的彈性或非彈性元件，其包括采用接觸或非接觸方式對(duì)單一分量作用力正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的力值或力值變化實(shí)施測(cè)量；

所述第一個(gè)載荷、所述第二個(gè)載荷以及所述系統(tǒng)平衡力對(duì)所述剛性載荷疊加器的作用效果被所述剛性載荷疊加器相疊加，且慣性參照系向剛性載荷疊加器提供的系統(tǒng)平衡力被力敏元件測(cè)量。

為解決材料內(nèi)力平衡測(cè)量的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種將前述載荷平衡測(cè)量應(yīng)用于材料內(nèi)力平衡測(cè)量的方法，其中所述第二個(gè)載荷包括受試材料的內(nèi)力，所述第一個(gè)載荷包括由體載荷、線載荷或面載荷形成的單一分量或多分量的外部試驗(yàn)載荷，所述外部試驗(yàn)載荷使所述受試材料產(chǎn)生所述內(nèi)力，所述系統(tǒng)平衡力包括由所述慣性參照系向所述剛性載荷疊加器提供的用以阻止受試材料進(jìn)一步變形的一個(gè)或多個(gè)單一分量的作用力。剛性載荷疊加器將所述外部試驗(yàn)載荷對(duì)受試材料的作用效果與所述慣性參照系提供的所述系統(tǒng)平衡力對(duì)受試材料的作用效果相疊加，且所述慣性參照系向所述剛性載荷疊加器提供的所述系統(tǒng)平衡力被所述力敏元件測(cè)量。

為解決對(duì)微動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確測(cè)定的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明利用彈性體受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系的特性，提出一種將前述載荷平衡測(cè)量應(yīng)用于微動(dòng)測(cè)量的方法，其中力敏元件包括彈性力敏元件，其串接于所述慣性參照系與所述剛性載荷疊加器之間，用于感知所述慣性參照系和所述剛性載荷疊加器之間的距離及距離變化。

本發(fā)明其它實(shí)施例的具體內(nèi)容被包含在詳細(xì)說(shuō)明及附圖內(nèi)。

有益效果

本發(fā)明提供的裝置涉及力學(xué)計(jì)量和幾何量計(jì)量中多種物理量的精確測(cè)量，其在該兩大專業(yè)計(jì)量領(lǐng)域間建立了量值傳遞關(guān)系，其將為大力值以及超微力值提供新的溯源途徑，其至少在一定程度上能夠克服極限量程載荷微量變化測(cè)量、極限量程載荷量值傳遞、微動(dòng)測(cè)量控制、材料楊氏模量測(cè)定、材料內(nèi)力松弛測(cè)量、材料變形與材料所受載荷單值函數(shù)關(guān)系確定中遇到的技術(shù)難題；本發(fā)明所解決的問(wèn)題應(yīng)屬于力學(xué)、微動(dòng)以及材料性能測(cè)量的共性核心問(wèn)題，期望其能夠有效克服一直制約我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的瓶頸和薄弱環(huán)節(jié)，能夠擺脫長(zhǎng)期以來(lái)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖，為加快″中國(guó)制造2025″進(jìn)程發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

依據(jù)本發(fā)明所制造的裝置期望能夠廣泛的應(yīng)用于以微動(dòng)或載荷平衡為測(cè)量原理的物理量測(cè)量傳感器；其將在新材料研制、材料力學(xué)性能測(cè)定、精密機(jī)械加工直至裝備總成后的性能測(cè)試中得到廣泛的應(yīng)用；期望該裝置能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置、新型力學(xué)測(cè)量裝置、新型傳感器、智能測(cè)量?jī)x器、工業(yè)控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)器等核心測(cè)量控制裝置的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路；期望其能夠成為現(xiàn)有測(cè)量檢測(cè)裝置的補(bǔ)充，為材料力學(xué)、彈性理論、地質(zhì)力學(xué)、生物力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)、工程與材料、農(nóng)業(yè)、資源、環(huán)境、地震以及復(fù)雜力學(xué)難題等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究提供高可信度的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；還期望其能夠有效解決航空、航天、國(guó)防工業(yè)、核工業(yè)乃至力學(xué)測(cè)量前沿等技術(shù)領(lǐng)域所遇到的力學(xué)測(cè)量難題，該載荷平衡測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

本發(fā)明的效果不局限于上述所例示的內(nèi)容，其它各種有益效果包含在本說(shuō)明書(shū)內(nèi)。

附圖說(shuō)明

其中：

圖1a、圖1b是受共線力系作用的剛性體平衡的示意圖；

圖1c是體載荷簡(jiǎn)化的示意圖；

圖1d是線載荷以及面載荷被承載的示意圖；

圖1e、圖1f是單一分量作用力被簡(jiǎn)化的示意圖；

圖1g、圖1h是系統(tǒng)平衡力被簡(jiǎn)化的示意圖；

圖2a、圖2b、圖2c是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第一至四、第十至二十、第三十四、第三十六以及第三十七個(gè)實(shí)施方式中共線力系作用的示意圖；

圖2d、圖2e是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第一至四、第十至二十、第三十四、第三十六以及第三十七個(gè)實(shí)施方式中力偶系作用的示意圖；

圖2f是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第一、第十至十三、第三十四、第三十六以及第三十七個(gè)實(shí)施方式中平面任意力系作用的示意圖；

圖2g、圖2h是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第一、第十至十三、第三十四、第三十六以及第三十七個(gè)實(shí)施方式中平面平行力系作用的示意圖；

圖2i、圖2j是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第一至四、第十至二十、第三十四、第三十六以及第三十七個(gè)實(shí)施方式中同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的轉(zhuǎn)矩載荷作用的示意圖；

圖2k是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第一、第十至十三、第三十四、第三十六以及第三十七個(gè)實(shí)施方式中空間匯交力系作用的示意圖；

圖2l是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第一、第十至十三、第三十四、第三十六以及第三十七個(gè)實(shí)施方式中空間任意力系作用的示意圖；

圖2m是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第一和第二個(gè)實(shí)施方式中空間任意平衡力系作用的示意圖；

圖2n、圖2q是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第十八個(gè)實(shí)施方式中共線力系作用的示意圖；

圖2o、圖2r是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第十八個(gè)實(shí)施方式中力偶系作用的示意圖；

圖2p、圖2s是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第十八個(gè)實(shí)施方式中同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的轉(zhuǎn)矩載荷作用的示意圖；

圖3a是平面任意力系平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的示意圖；

圖3b是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第三十五個(gè)實(shí)施方式的示意圖；

圖4a是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第二十二、三十個(gè)實(shí)施方式以及第五、二十一個(gè)實(shí)施方式中材料軸力測(cè)量的示意圖；

圖4b是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第二十三、三十一個(gè)實(shí)施方式以及第五、二十一個(gè)實(shí)施方式中剪力測(cè)量的示意圖；

圖4c是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第二十四、三十二個(gè)實(shí)施方式以及第五、二十一個(gè)實(shí)施方式中受彎材料內(nèi)力偶矩測(cè)量的示意圖；

圖4d是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第二十五、三十三個(gè)實(shí)施方式以及第五、二十一個(gè)實(shí)施方式中受扭材料內(nèi)力偶矩測(cè)量的示意圖；

圖4e是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第六、二十六個(gè)實(shí)施方式的示意圖；

圖4f是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第七、二十七個(gè)實(shí)施方式的示意圖；

圖4g是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第八、二十八個(gè)實(shí)施方式的示意圖；

圖4h是根據(jù)載荷平衡測(cè)量的第九、二十九個(gè)實(shí)施方式的示意圖；

具體實(shí)施方式

為了將本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果介紹的更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明載荷平衡測(cè)量方法以及幾種應(yīng)用實(shí)例做詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明各實(shí)施例中所述的剛性載荷疊加器，一種疊加和傳遞載荷對(duì)其作用效果的剛體或非絕對(duì)剛體，其在實(shí)現(xiàn)此功能的前提下可以有多種結(jié)構(gòu)形式。例如，其可以是具體零部件，也可 以是受力部件本身。

載荷，包括單一分量或多分量體載荷、線載荷以及面載荷。其中，體載荷包括重力、慣性力、浮力等作用于整個(gè)體積上的載荷，其將被剛性載荷疊加器102整體作為一處承載部位對(duì)其實(shí)施承載，請(qǐng)參閱圖1c，該體載荷將被簡(jiǎn)化為作用于剛性載荷疊加器102質(zhì)心的集中載荷R111，其方向與該體載荷方向一致。所述線載荷以及面載荷包括作用于剛性載荷疊加器承載面、承載線或承載點(diǎn)的單一分量集中載荷、多分量力偶載荷以及前述載荷共同作用的等效載荷，其將被剛性載荷疊加器102的一處承載部位的一個(gè)或多個(gè)對(duì)單一分量載荷正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的作用效果實(shí)施承載的承載單元1011所承載。請(qǐng)參閱圖1d，圖中顯示了單一分量作用力載荷112正負(fù)兩個(gè)方向的作用效果R112被一處承載部位I(II、III)的承載單元1011以點(diǎn)接觸、線接觸或面接觸的形式所承載的示意圖；圖中還顯示了多分量力偶載荷M113被一處承載部位I(II、III)的兩個(gè)承載單元1011以點(diǎn)接觸、線接觸或面接觸的形式所承載的示意圖；單一分量作用力載荷112與多分量力偶載荷M113共同作用的等效載荷R112+M113被承載的示意圖；以及多個(gè)前述載荷共同作用的等效載荷R112`+M113被承載的示意圖。按上述分類方法，慣性參照系101對(duì)剛性載荷疊加器102的作用效果屬線載荷或面載荷，其受力分析與前述線載荷或面載荷的分析相同。另?yè)?jù)理論力學(xué)對(duì)平面和空間任意力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化分析得知，任意載荷對(duì)剛性載荷疊加器102的作用效果，均可向任意一點(diǎn)簡(jiǎn)化為一個(gè)主失R和一個(gè)主矩M的作用，結(jié)合上述說(shuō)明，剛性載荷疊加器102對(duì)空間任意載荷的承載方式應(yīng)當(dāng)視為已經(jīng)做出了充分公開(kāi)。

力敏元件，現(xiàn)有技術(shù)中用于感知或測(cè)量力值的測(cè)量部件，其采用接觸或非接觸方式對(duì)單一分量作用力正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的力值或力值變化實(shí)施測(cè)量，按照其受力后的變形狀況將其分為彈性力敏元件和非彈性力敏元件。

系統(tǒng)平衡力，由慣性參照系向剛性載荷疊加器提供，用以使剛性載荷疊加器相對(duì)于其保持靜止的一個(gè)或多個(gè)單一分量的正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的作用力。

本發(fā)明將實(shí)現(xiàn)對(duì)力值、轉(zhuǎn)矩以及力偶矩的量值傳遞，因此本發(fā)明引入了標(biāo)準(zhǔn)載荷的概念，本發(fā)明所述的標(biāo)準(zhǔn)載荷包括能夠被溯源、被復(fù)現(xiàn)以及被保存的標(biāo)準(zhǔn)力值、由力臂為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)力值所形成的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷以及由力偶臂為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)力偶所形成的標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷。

本發(fā)明還將對(duì)材料內(nèi)力實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，本發(fā)明所述的材料內(nèi)力包括材料軸力、材料剪力、材料抗彎內(nèi)力偶矩以及材料抗扭曲內(nèi)力偶矩。

為便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員全面地了解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特征及其實(shí)現(xiàn)方法，說(shuō)明書(shū)及附圖僅揭示了最優(yōu)的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于在此闡述的實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思以及滿足力系平衡測(cè)量的前提下，所描述測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)形式、剛性載荷疊加器所承載的載荷數(shù)量以及系統(tǒng)平衡力的提供數(shù)量還將有多種變化，由于其測(cè)量原理相同，故未做重復(fù)說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)視為已經(jīng)做出了充分公開(kāi)，本發(fā)明的范疇由權(quán)利要求書(shū)所定義。

為清晰解釋本發(fā)明，說(shuō)明書(shū)僅列舉了各實(shí)施例的技術(shù)特征，而未對(duì)所涉及已公知的力學(xué)原理、平衡計(jì)算、結(jié)構(gòu)、材料、測(cè)量部件以及測(cè)量操作方法做重復(fù)說(shuō)明，但都應(yīng)當(dāng)視為已經(jīng)做出了充分公開(kāi)。

本說(shuō)明書(shū)采用第一、第二…等方式記載各構(gòu)成要素，其目的是對(duì)各構(gòu)成要素進(jìn)行區(qū)別，并記載各構(gòu)成要素之間的相互關(guān)系，但這些構(gòu)成要素不應(yīng)視為被上述記載方式所限定，在本發(fā)明的技術(shù)思想范疇內(nèi)所記載的第一構(gòu)成要素也可以是第二構(gòu)成要素。

附圖中僅示意性的表述了各測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)形式以及傳動(dòng)原理，圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似構(gòu)成要素，因而將省略它們的詳細(xì)描述。

以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的各實(shí)施例。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第一個(gè)實(shí)施方式一種載荷平衡測(cè)量，請(qǐng)參閱圖2a至圖2m該裝置包括慣性參照系201、剛性載荷疊加器202、力敏元件203、系統(tǒng)平衡力206、第一個(gè)載荷205以及第二個(gè)載荷204。

剛性載荷疊加器202，一種疊加和傳遞載荷對(duì)其作用效果的剛體或非絕對(duì)剛體，其可以是 具體零部件，也可以是受力部件本身。

第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204，包括由體載荷、線載荷或面載荷形成的對(duì)所述剛性載荷疊加器具有單一分量或多分量作用效果的任意載荷，其還包括多個(gè)前述載荷共同作用的等效載荷。

慣性參照系201，測(cè)量中選取的參考系，其對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果包括使剛性載荷疊加器202相對(duì)于其保持靜止。

系統(tǒng)平衡力206，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供，用以使剛性載荷疊加器202相對(duì)于其保持靜止的一個(gè)或多個(gè)單一分量的正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的作用力。

力敏元件203，對(duì)力敏感的彈性或非彈性元件，其包括采用接觸或非接觸方式對(duì)單一分量作用力正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的力值或力值變化實(shí)施測(cè)量。

試驗(yàn)之初，第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204，對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果構(gòu)成原力系，剛性載荷疊加器202在原力系主失與主矩的作用下產(chǎn)生移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)；為使剛性載荷疊加器202相對(duì)于慣性參照系201保持靜止，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的系統(tǒng)平衡力206及206`…，且系統(tǒng)平衡力206及206`…的力值或力值變化將被力敏元件203及203`…所測(cè)量。換言之，剛性載荷疊加器202將原力系對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果與系統(tǒng)平衡力206及206`…對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果相疊加，其處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)平衡力206及206`…在與原力系的主失相平衡的同時(shí)，其產(chǎn)生力偶矩的矩失還與原力系的主矩平衡。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206及206`…的精確測(cè)量，該裝置能夠?qū)ψ饔糜趧傂暂d荷疊加器202的平面匯交力系、平面力偶系、平面任意力系、任意空間力系、空間平衡力系的平衡狀況實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，結(jié)合系統(tǒng)平衡力206及206`…的位置參數(shù)該裝置還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206及206`…后，原力系的不平衡度。對(duì)于測(cè)量中無(wú)法避免的測(cè)量系統(tǒng)附加載荷以及系統(tǒng)摩擦力，其將可以被視為第一、第二個(gè)載荷的一個(gè)分量參與系統(tǒng)平衡，因此本實(shí)施例將測(cè)量系統(tǒng)附加載荷和系統(tǒng)摩擦力對(duì)測(cè)量的影響也納入了平衡測(cè)量的范圍，從而將進(jìn)一步減小系統(tǒng)不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

請(qǐng)參閱圖2a、圖2b，若前述第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果包括作用線重合的兩個(gè)單一分量的作用力載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原共線力系，本實(shí)施方式構(gòu)成共線力系平衡測(cè)量。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供一個(gè)或多個(gè)用以使剛性載荷疊加器202保持受力平衡的單一分量的系統(tǒng)平衡力206及206`…，系統(tǒng)平衡力206及206`…對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果的主失與原共線力系的主失相平衡，且系統(tǒng)平衡力206及206`…的力值或力值變化被力敏元件203及203`…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206及206`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原共線力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206及206`…后，原共線力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206及206`…的施載位置和角度，使系統(tǒng)平衡力206對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果的作用線與前述第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204的作用線相重合，則會(huì)更有利于簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。圖2a顯示的是反向且共線力平衡測(cè)量的示意圖，選擇與第一個(gè)載荷205更為接近的第二個(gè)載荷204，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)全量程作用力平衡測(cè)量的目的。圖2b顯示的是同向且共線作用力載荷平衡測(cè)量的示意圖。

請(qǐng)參閱圖2c，若前述第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是作用線相交的兩個(gè)單一分量的作用力載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平面匯交力系，本實(shí)施方式構(gòu)成平面匯交力系平衡測(cè)量。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供一個(gè)或多個(gè)用以使剛性載荷疊加器202保持受力平衡的單一分量的系統(tǒng)平衡力206及206`…和系統(tǒng)平衡力207及207`…，系統(tǒng)平衡力206及206`…對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失R206與系統(tǒng)平衡 力207及207`…對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失R207構(gòu)成匯交力系，該匯交力系與原平面匯交力系相平衡，且系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的力值或力值變化被力敏元件203及203`…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面匯交力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…后，原平面匯交力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206及207…的施載位置和角度，使系統(tǒng)平衡力206及207對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果相互垂直，且其與原平面匯交力系共面，則會(huì)更有利于簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。

請(qǐng)參閱圖2d、圖2e若前述第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是共面的兩個(gè)力偶矩載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平面力偶系，本實(shí)施方式構(gòu)成平面力偶系平衡測(cè)量。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供用以使剛性載荷疊加器202保持受力平衡的單一分量的系統(tǒng)平衡力206及206`…和系統(tǒng)平衡力207及207`…，系統(tǒng)平衡力206及206`…對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失R206與系統(tǒng)平衡力207及207`…對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失R207構(gòu)成力偶系，該力偶系的主矩與原平面力偶系的主矩相平衡，且系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的力值或力值變化被力敏元件203及203`…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面力偶系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…后，原平面力偶系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的施載位置和角度，使系統(tǒng)平衡力206及207對(duì)慣性參照系201的作用效果構(gòu)成與原平面力偶系共面的平面力偶系，則會(huì)更有利于簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。圖2d顯示的是反向且共面力偶矩載荷平衡測(cè)量的示意圖，選擇與第一個(gè)力偶矩205更為接近的第二個(gè)力偶矩204，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)全量程力偶矩平衡測(cè)量的目的。圖2e顯示的是同向且共面力偶矩載荷平衡測(cè)量的示意圖。

請(qǐng)參閱圖2f，若前述第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是位于同一平面內(nèi)的兩個(gè)任意載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平面任意力系，本實(shí)施方式構(gòu)成平面任意力系平衡測(cè)量。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供用以使剛性載荷疊加器202保持受力平衡的單一分量的系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、209及209`…，系統(tǒng)平衡力對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失分別為R206、R207、R208以及R209，其中R206與R207構(gòu)成匯交力系，該匯交力系的主失與原平面任意力系的主失相平衡；主失R208與R209構(gòu)成力偶系，該力偶系的主矩與原平面任意力系的主矩相平衡，且系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、209及209`…的力值或力值變化被力敏元件203、203`、203``及203```…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、209及209`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面任意力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、209及209`…后，原平面任意力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、209及209`…的施載位置和角度，使系統(tǒng)平衡力206及206`對(duì)慣性參照系201的作用效果相互垂直，且其與原平面任意力系的主失共面，使慣性參照系201所提供的系統(tǒng)平衡力206、207、208以及209共面，系統(tǒng)平衡力206與207相互垂直，系統(tǒng)平衡力208及209構(gòu)成平面力偶系，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。

請(qǐng)參閱圖2g、圖2h若前述第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是兩個(gè)作用線相互平行的單一分量作用力載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平面平行力系，本實(shí)施方式構(gòu)成平面平行力系平衡測(cè)量。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供單一分量的系統(tǒng)平衡力206及206`…和系統(tǒng)平衡力207及207`…，系統(tǒng)平衡力206及206`…的主失R206 與系統(tǒng)平衡力207及207`…的主失R207在與原平面平行力系的主失相平衡的同時(shí)，其與矩心0之矩還和原平面平行力系的主矩相平衡，且系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的力值或力值變化被力敏元件203及203`…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面平行力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…后，原平面平行力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的施載位置和角度，使系統(tǒng)平衡力206及207對(duì)慣性參照系201的作用效果相互垂直，且其與原平面平行力系的主失共面，則會(huì)更有利于簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。圖2g顯示的是平面反向平行力系平衡測(cè)量的示意圖，圖2h顯示的是平面同向平行力系平衡測(cè)量的示意圖。

請(qǐng)參閱圖2i、圖2j若前述剛性載荷疊加器202具有固定回轉(zhuǎn)中心O，第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平面轉(zhuǎn)矩力系，本實(shí)施方式構(gòu)成平面轉(zhuǎn)矩平衡測(cè)量。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供一個(gè)或多個(gè)用以使剛性載荷疊加器202保持受力平衡的單一分量的系統(tǒng)平衡力206及206`…，系統(tǒng)平衡力206及206`…在與原平面轉(zhuǎn)矩力系的主失相平衡的同時(shí)，其與回轉(zhuǎn)中心O之矩還和原平面轉(zhuǎn)矩力系的主矩相平衡，且系統(tǒng)平衡力206及206`…的力值或力值變化被力敏元件203及203`…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206及206`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面轉(zhuǎn)矩力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206及206`…后，原平面轉(zhuǎn)矩力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206及206`…的施載位置和角度，使系統(tǒng)平衡力206及206`對(duì)慣性參照系201的作用效果構(gòu)成與原平面轉(zhuǎn)矩力系共面的平面轉(zhuǎn)矩，則會(huì)更有利于簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。圖2i顯示的是同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)反向轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量的示意圖，選擇與第一個(gè)轉(zhuǎn)矩205更為接近的第二個(gè)轉(zhuǎn)矩204，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)全量程轉(zhuǎn)矩平衡測(cè)量的目的。圖2j顯示的是同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)同向轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量的示意圖。

請(qǐng)參閱圖2l，若前述第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是空間內(nèi)兩個(gè)任意載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原任意空間力系，本實(shí)施方式構(gòu)成任意空間力系平衡測(cè)量，為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供單一分量的系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207、208、208`、2010、2010`2011及2011`…，系統(tǒng)平衡力對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失分別為R206、R207、R208、R2010以及R2011，其中主失R206、R207與R208對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果構(gòu)成匯交力系，該匯交力系的主失與原任意空間力系的主失相平衡；主失R2010與R2011對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果構(gòu)成力偶系，該力偶系的主矩與原任意空間力系的主矩相平衡，且系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、2010、2010`2011及2011`…的力值或力值變化被力敏元件203、203`、203``及203```…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206、207、207`、208、208`、2010、2010`2011及2011`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原任意空間力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、2010、2010`2011及2011`…后，原任意空間力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206、206、207、207`、208、208`、2010、2010`2011及2011`…的施載位置和角度，使系統(tǒng)平衡力206、207及208對(duì)慣性參照系201的作用效果是相互垂直的匯交力系，使系統(tǒng)平衡力2010與2011對(duì)慣性參照系201的作用效果構(gòu)成與原任意空間力系的主矩共面的力偶矩，則會(huì)更有利于簡(jiǎn)化分析計(jì)算。圖2k則顯示的是空間匯交力系平衡測(cè)量的示意圖。

請(qǐng)參閱圖2m，若前述第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果包括空間內(nèi)一組平衡載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成 原平衡力系，本實(shí)施方式構(gòu)成平衡力系平衡測(cè)量。由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供的系統(tǒng)平衡力206與206`、207與207`、208與208`，其分別構(gòu)成三組成角度的平衡力，系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208及208`的力值或力值變化被力敏元件203、203`及203``…所測(cè)量，該三組平衡力不影響原平衡力系的平衡狀態(tài)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208及208`的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)作用于剛性載荷疊加器202的空間平衡力系的平衡狀況。同理，對(duì)于平面平衡力系的平衡測(cè)量可以通過(guò)施加至少兩對(duì)成角度布置的平衡力來(lái)測(cè)量；對(duì)于共線平衡力系而言，可在非垂直于共線平衡力系作用線的方向上施加平衡力來(lái)測(cè)量。

實(shí)際測(cè)量中，剛性載荷疊加器還將承載更多的載荷，例如空氣浮力以及保持測(cè)量初始平衡的載荷等，如何消除或修正其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，已被本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，不屬于本公開(kāi)所保護(hù)的范圍，故本公開(kāi)未對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

該裝置依據(jù)平衡原理，利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，將提供用于高度精確和靈敏的測(cè)量平面任意力系、任意空間力系、任意平衡力系平衡狀況的方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其中所公開(kāi)的反向共線作用力載荷、反向平面轉(zhuǎn)矩載荷以及反向平面力偶矩載荷平衡測(cè)量裝置，最大限度的減小了大量程載荷對(duì)測(cè)量部件的影響，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有測(cè)量中無(wú)法對(duì)極限量程載荷平衡實(shí)施精確測(cè)量的技術(shù)難題；由其派生的物理量及材料力學(xué)性能測(cè)量裝置還將在一定程度上解決諸如極限量程載荷測(cè)量、材料內(nèi)力測(cè)量、材料內(nèi)力松弛測(cè)量、材料楊氏模量測(cè)量、材料變形與材料內(nèi)力單值函數(shù)關(guān)系測(cè)定、極限量程位移測(cè)量以及精確控制和定位等測(cè)量領(lǐng)域所遇到的技術(shù)難題，尤其是所公布的材料內(nèi)力測(cè)量裝置還將首次對(duì)材料軸力、材料剪力、受彎材料內(nèi)力偶矩以及受扭材料內(nèi)力偶矩實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，所公布的載荷發(fā)生或載荷變化控制裝置還將為超微力值提供一條量值溯源途徑；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有測(cè)量裝置的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)，在材料力學(xué)性能測(cè)定、高精度測(cè)力傳感器的研發(fā)、新材料研制、精密機(jī)械加工乃至裝備總成后的性能測(cè)試中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置、新型力學(xué)測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該載荷平衡測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二個(gè)實(shí)施方式，一種載荷相對(duì)變化的測(cè)量，該裝置包括本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的共線力系平衡測(cè)量、平面力偶系平衡測(cè)量以及平面轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量，其不同之處在于第二個(gè)載荷204與第一個(gè)載荷205反向，請(qǐng)參閱圖2a、圖2d以及圖2i。按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)Φ谝粋€(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204量值之間的相對(duì)變化實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。

圖2a顯示的是反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的共線力系平衡測(cè)量，其不同之處在于第二個(gè)載荷204與第一個(gè)載荷205對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向。按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的共線力系平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的相對(duì)變化。

圖2d顯示的是反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面力偶系平衡測(cè)量，其不同之處在于第二個(gè)載荷204與第一個(gè)載荷205對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向。按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面力偶系平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的相對(duì)變化。

圖2i顯示的是同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量，其不同之處在于第二個(gè)載荷204與第一個(gè)載荷205對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向。按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量第一個(gè)載荷 205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的相對(duì)變化。

實(shí)際測(cè)量中適當(dāng)調(diào)整第二個(gè)載荷204的量值，該裝置將產(chǎn)生多種測(cè)量效果，例如對(duì)全量程載荷變化、全量程載荷以及微小量程載荷實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，對(duì)全量程載荷實(shí)現(xiàn)量值傳遞。

該裝置充分發(fā)揮現(xiàn)有檢測(cè)裝置高精度的測(cè)量特性，采用直接測(cè)量載荷平衡修正值或不平衡度的思路，對(duì)載荷間量值的相對(duì)變化實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的利用測(cè)量載荷絕對(duì)量值進(jìn)而計(jì)算載荷相對(duì)變化的測(cè)量技術(shù)，具有大量程、全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有測(cè)力稱重裝置的補(bǔ)充，在極限量程載荷測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀以及新型力學(xué)測(cè)量裝置的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第三個(gè)實(shí)施方式，一種載荷疊加測(cè)量，該裝置包括本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的共線作用力載荷平衡測(cè)量、共面力偶矩載荷平衡測(cè)量以及同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量，其不同之處在于第二個(gè)載荷204包括與第一個(gè)載荷205同向的載荷，請(qǐng)參閱圖2b、圖2e以及圖2j。按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)Φ谝粋€(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果實(shí)現(xiàn)疊加測(cè)量。

圖2b顯示的是同向且共線作用力載荷疊加測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的共線力系平衡測(cè)量，其不同之處在于第二個(gè)載荷204包括與第一個(gè)載荷205同向的載荷。按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的共線力系平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)Φ谝粋€(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果實(shí)現(xiàn)疊加測(cè)量。

圖2e顯示的是同向且共面力偶矩載荷疊加測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面力偶系平衡測(cè)量，其不同之處在于第二個(gè)載荷204包括與第一個(gè)載荷205同向的載荷。按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面力偶系平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)Φ谝粋€(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果實(shí)現(xiàn)疊加測(cè)量。

圖2j顯示的是同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)同向轉(zhuǎn)矩載荷疊加測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量，其不同之處在于第二個(gè)載荷204包括與第一個(gè)載荷205同向的載荷。按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)Φ谝粋€(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果實(shí)現(xiàn)疊加測(cè)量。

該測(cè)量充分利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，采用疊加測(cè)量方式對(duì)多個(gè)同向載荷實(shí)現(xiàn)精確疊加測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第四個(gè)實(shí)施方式，一種載荷發(fā)生或載荷變化控制方法，該裝置包括本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量、反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量以及同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量，其不同之處在于第一個(gè)載荷205以及第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷，請(qǐng)參閱圖2a、圖2d及圖2i。參照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(標(biāo)準(zhǔn)載荷)與第二個(gè)載荷204(標(biāo)準(zhǔn)載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，剛性載荷疊加器202與慣性參照系201之間將獲得新量值的載荷，且該載荷被力敏元件203測(cè)量，該裝置將能夠產(chǎn)生新量值的載荷或?qū)d荷變化實(shí)現(xiàn)精確控制。

圖2a顯示的是單一分量作用力載荷發(fā)生、控制的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量，其不同之處在于第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204包括可調(diào)整的單一分量標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷。參照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，調(diào)整第一 個(gè)載荷205(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)與第二個(gè)載荷204(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，剛性載荷疊加器202與慣性參照系201之間將獲得新量值的載荷206，且該新量值的載荷206被力敏元件203測(cè)量。該裝置將能夠產(chǎn)生新量值的載荷或?qū)d荷變化實(shí)現(xiàn)精確控制。

圖2d顯示的是平面力偶矩載荷發(fā)生、控制的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量，其不同之處在于第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷。參照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷)與第二個(gè)載荷204(標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，剛性載荷疊加器202與慣性參照系201之間將獲得新量值的載荷206，且該新量值的載荷206被力敏元件203測(cè)量。該裝置將能夠產(chǎn)生新量值的載荷或?qū)d荷變化實(shí)現(xiàn)精確控制。

圖2i顯示的是平面轉(zhuǎn)矩載荷發(fā)生、控制的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量，其不同之處在于第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷。參照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷)與第二個(gè)載荷204(標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，剛性載荷疊加器202與慣性參照系201之間將獲得新量值的載荷206，且該新量值的載荷206被力敏元件203測(cè)量。該裝置將能夠產(chǎn)生新量值的載荷或?qū)d荷變化實(shí)現(xiàn)精確控制。

選擇與上述第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205更為接近的第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下得到更微小的載荷。

該裝置利用載荷平衡原理，采用無(wú)間隙控制方式，產(chǎn)生精準(zhǔn)且穩(wěn)定的微載荷，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)階段由于超微力值計(jì)量體系未建立而造成超微力值無(wú)法溯源的技術(shù)難題，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有微力發(fā)生裝置的補(bǔ)充，為超微力值提供一種量值溯源途徑，為超微力值計(jì)量?jī)x器裝備的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該載荷發(fā)生或載荷變化控制可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第五個(gè)實(shí)施方式，一種材料內(nèi)力平衡測(cè)量，請(qǐng)參閱圖4a至圖4d，該裝置包括本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的載荷平衡測(cè)量，其不同之處在于：剛性載荷疊加器402所承載的第二個(gè)載荷404包括受試材料416的內(nèi)力，剛性載荷疊加器402所承載的第一個(gè)載荷405包括由體載荷、線載荷或面載荷形成的外部試驗(yàn)載荷，該外部試驗(yàn)載荷405使受試材料416產(chǎn)生內(nèi)力404。據(jù)胡克定理表述：固體材料受力之后，材料中的應(yīng)力與應(yīng)變(單位變形量)之間成線性關(guān)系，即在彈性極限范圍內(nèi)，材料的內(nèi)力與材料變形成正比；另根據(jù)彈性理論對(duì)材料內(nèi)力的描述：在外力作用下的物體發(fā)生變形，變形改變了分子間距，在物體內(nèi)形成一個(gè)隨變形而增大的附加內(nèi)力場(chǎng)，當(dāng)這個(gè)內(nèi)力場(chǎng)足以和外力相平衡時(shí)，變形不再繼續(xù)，物體達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)，若內(nèi)力場(chǎng)不能和外力相平衡，物體將進(jìn)一步變形從而尋求產(chǎn)生更大的內(nèi)力場(chǎng)，此時(shí)若由慣性參照系向該物體提供可被度量的作用力，阻止其進(jìn)一步變形，該物體所受外力與內(nèi)力場(chǎng)將達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)載荷平衡原理，將能夠精確計(jì)算得出材料的內(nèi)力平衡狀況。試驗(yàn)之初，經(jīng)剛性載荷疊加器402向受試材料416施加外部試驗(yàn)載荷405，受試材料416發(fā)生變形，其內(nèi)部將產(chǎn)生抵抗受試材料416進(jìn)一步變形的材料內(nèi)力404，該材料內(nèi)力404將隨外力405的增大而增大。測(cè)量過(guò)程中受試材料416在當(dāng)前測(cè)量狀態(tài)下所能夠產(chǎn)生的最大內(nèi)力404若大于外部試驗(yàn)載荷405，受試材料416的變形將不再繼續(xù)，其產(chǎn)生的內(nèi)力404與所受外部試驗(yàn)載荷405達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)；若受試材料416所能夠產(chǎn)生的最大材料內(nèi)力404小于外部試驗(yàn)載荷405，受試材料416將進(jìn)一步變形或產(chǎn)生進(jìn)一步變形的趨勢(shì)，剛性載荷疊加器402因受到不平衡力作用，其也將產(chǎn)生位移或產(chǎn)生位移的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器402受力平衡，使受試材料416的變形不再繼續(xù)，由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的系統(tǒng)平衡力406及406`…，以阻止剛性載荷疊加器402產(chǎn)生位移，即剛性載荷疊加器402將 外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406及406`…對(duì)受試材料416的作用效果相疊加；且系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化將被力敏元件403及403`…所測(cè)量。根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化能夠?qū)κ茉嚥牧?16的內(nèi)力平衡狀況實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，結(jié)合系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值和位置參數(shù)，該裝置還能夠精確計(jì)算出該受試材料416內(nèi)力的變化值。

對(duì)于測(cè)量中無(wú)法避免的測(cè)量系統(tǒng)附加載荷以及系統(tǒng)摩擦力，其將可以被視為第一、第二個(gè)載荷的一個(gè)分量參與系統(tǒng)平衡，因此本實(shí)施例將測(cè)量系統(tǒng)附加載荷和系統(tǒng)摩擦力對(duì)測(cè)量的影響也納入了平衡測(cè)量的范圍，從而將進(jìn)一步減小系統(tǒng)不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

圖4a顯示的是材料軸力平衡測(cè)量的示意圖，經(jīng)剛性載荷疊加器402沿受試材料416的軸線向受試材料416施加軸向拉伸或軸向壓縮力405，受試材料416內(nèi)部將沿其軸線產(chǎn)生抵抗受試材料416進(jìn)一步變形的材料內(nèi)力-軸力404。試驗(yàn)中，當(dāng)受試材料所能夠產(chǎn)生的最大軸力404小于軸向拉伸或軸向壓縮力405時(shí)，受試材料416將沿其軸向產(chǎn)生變形或產(chǎn)生變形的趨勢(shì)，剛性載荷疊加器402因受到不平衡共線力作用，其也將產(chǎn)生位移或產(chǎn)生位移的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器402受力平衡，使受試材料416的變形不再繼續(xù)，由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的系統(tǒng)平衡力406及406`…，以阻止剛性載荷疊加器402產(chǎn)生位移，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406及406`…對(duì)受試材料416的作用效果相疊加；且系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化將被力敏元件403及403`…所測(cè)量。根據(jù)共線力系平衡的充要條件，系統(tǒng)平衡力406及406`…的主失、受試材料416的軸力404以及軸向拉伸或軸向壓縮力405三者的代數(shù)和等于零，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值變化和位置參數(shù)，能夠精確測(cè)定受試材料416的軸力404與軸向拉伸或軸向壓縮力405的平衡狀況；并能夠精確測(cè)定受試材料416的軸力404的變化。參照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的共線力系平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，按圖示位置進(jìn)行測(cè)量，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。

圖4b顯示的是材料剪力平衡測(cè)量的示意圖，經(jīng)剛性載荷疊加器402向受試材料416施加剪切力405，受試材料416內(nèi)部剪切截面上將產(chǎn)生抵抗受試材料416進(jìn)一步變形的材料內(nèi)力-剪力404，且剪切力405與剪力404共面。試驗(yàn)中，當(dāng)受試材料416所能夠產(chǎn)生的最大剪力404小于剪切力405時(shí)，受試材料416將產(chǎn)生變形或產(chǎn)生變形的趨勢(shì)，剛性載荷疊加器402因受到不平衡平行力作用，其也將產(chǎn)生位移或產(chǎn)生位移的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器402受力平衡，使受試材料416的變形不再繼續(xù)，由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的系統(tǒng)平衡力406及406`…，以阻止剛性載荷疊加器402產(chǎn)生位移，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406及406`…對(duì)受試材料416的作用效果相疊加；且系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化將被力敏元件403及403`…所測(cè)量。根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值變化和位置參數(shù)，能夠精確測(cè)定受試材料416的剪力404與剪切力405的平衡狀況；并能夠精確測(cè)定受試材料416剪力404的變化。參照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的力系平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，使慣性參照系401所提供的系統(tǒng)平衡力406如圖所示的布置于剪切力405和剪力404合力的作用線上，將能夠保證剪切力405、剪力404以及系統(tǒng)平衡力406在力的作用面上力偶矩的代數(shù)和等于零，將有利于簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。

圖4c顯示的是受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量的示意圖，經(jīng)剛性載荷疊加器402沿受試材料416的彎曲軸所在的平面向受試材料416施加外力偶405，其對(duì)受試材料416的作用效果是外力偶矩M405，受試材料416在外力偶矩M405作用下其內(nèi)部將產(chǎn)生抵抗受試材料416進(jìn)一步彎曲變形的材料內(nèi)力偶矩M404，且外力偶矩M405與內(nèi)力偶矩M404共面。試驗(yàn)中，當(dāng)受試材料所能夠產(chǎn)生抵抗彎曲變形的最大內(nèi)力偶矩M404小于外力偶矩M405時(shí)，受試材料416將產(chǎn)生變形或產(chǎn)生變形的趨勢(shì)，剛性載荷疊加器402因受到不平衡平面力偶矩作用，其也將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn) 生轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器402受力平衡，使受試材料416的變形不再繼續(xù)，由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的系統(tǒng)平衡力406及406`…，以阻止剛性載荷疊加器402產(chǎn)生位移，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406及406`…對(duì)受試材料416的作用效果相疊加；且系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化將被力敏元件403及403`…所測(cè)量。根據(jù)平面力偶系平衡的必要與充分條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用系統(tǒng)平衡力406的量值變化和位置參數(shù)，能夠精確測(cè)定受彎材料416的內(nèi)力偶矩404與外力偶矩405的平衡狀況；并能夠精確測(cè)定受試材料416的內(nèi)力偶矩404的變化。參照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的力系平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，使慣性參照系401所提供的系統(tǒng)平衡力406構(gòu)成的力矩如圖所示的布置于外力偶矩405和內(nèi)力偶矩404所在的平面內(nèi)，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。附圖中還顯示了由單一分量系統(tǒng)平衡力406``使剛性載荷疊加器402平衡的實(shí)例，根據(jù)力線平移定理，單一分量系統(tǒng)平衡力406``能夠向剛性受試材料416的固定端平行移動(dòng)，系統(tǒng)平衡力406``對(duì)受試材料416的作用效果將被簡(jiǎn)化為M406``和R406``。調(diào)整外力偶矩405及系統(tǒng)平衡力406``的量值，使R406``對(duì)受試材料416的作用效果在平衡計(jì)算中達(dá)到可以忽略的地步，其作用將與向受試材料416提供一個(gè)外力偶矩M406的作用等效，將更便于簡(jiǎn)化測(cè)量操作。

圖4d顯示的是受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量的示意圖，經(jīng)剛性載荷疊加器402沿垂直于受試材料416扭轉(zhuǎn)軸的平面向受試材料416施加外力偶405，其對(duì)受試材料416的作用效果是外力偶矩M405，受試材料416在外力偶矩M405作用下其內(nèi)部將產(chǎn)生抵抗受試材料416進(jìn)一步扭曲變形的材料內(nèi)力偶矩M404，且外力偶矩M405所在的平面和內(nèi)力偶矩M404所在的平面均垂直于受試材料416的扭轉(zhuǎn)軸。試驗(yàn)中，當(dāng)受試材料所能夠產(chǎn)生抵抗扭曲變形的最大內(nèi)力偶矩M404小于外力偶矩M405時(shí)，受試材料416將產(chǎn)生變形或產(chǎn)生變形的趨勢(shì)，剛性載荷疊加器402因受到不平衡空間力偶矩作用，其也將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器402受力平衡，使受試材料416的變形不再繼續(xù)，由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的系統(tǒng)平衡力406及406`…，以阻止剛性載荷疊加器402產(chǎn)生位移，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406及406`…對(duì)受試材料416的作用效果相疊加；且系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化將被力敏元件403及403`…所測(cè)量。根據(jù)空間力偶系平衡的必要與充分條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值變化和位置參數(shù)，能夠精確測(cè)定受試材料416的內(nèi)力偶矩404與外力偶矩405的平衡狀況；并能夠精確測(cè)定受試材料416的內(nèi)力偶矩404的變化。參照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的力系平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，使慣性參照系401所提供的系統(tǒng)平衡力406構(gòu)成的力矩如圖所示的布置于外力偶矩405和內(nèi)力偶矩404所在的平面內(nèi)，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。附圖中還顯示了由單一分量系統(tǒng)平衡力406``使剛性載荷疊加器402平衡的實(shí)例，根據(jù)力線平移定理，單一分量系統(tǒng)平衡力406``能夠向剛性受試材料416的扭轉(zhuǎn)軸平行移動(dòng)，系統(tǒng)平衡力406``對(duì)受試材料416的作用效果將被簡(jiǎn)化為M406``和R406``。調(diào)整外力偶矩405及系統(tǒng)平衡力406``的量值，使R406``對(duì)受試材料416的作用效果在平衡計(jì)算中達(dá)到可以忽略的地步，其作用將與向受試材料416提供一個(gè)外力偶矩M406的作用等效，將更便于簡(jiǎn)化測(cè)量操作。

實(shí)際測(cè)量中，剛性載荷疊加器還將承載更多的載荷，例如空氣浮力以及保持測(cè)量初始平衡的載荷等，如何消除或修正其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，已被本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，不屬于本公開(kāi)所保護(hù)的范圍，故本公開(kāi)未對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

利用該材料內(nèi)力平衡測(cè)量，適當(dāng)調(diào)整外部試驗(yàn)載荷405的量值，該裝置將產(chǎn)生多種測(cè)量效果，例如對(duì)材料內(nèi)力以及材料內(nèi)力松弛實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。

該裝置應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的載荷平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，將提供用于高度精確和靈敏的測(cè)量受試材料內(nèi)力與外部載荷的平衡狀況的方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有同類測(cè)量無(wú)法對(duì)材料內(nèi)力平衡實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量的技術(shù)難題；由其派 生的材料力學(xué)性能測(cè)量裝置還將在一定程度上解決諸如材料內(nèi)力測(cè)量、材料內(nèi)力松弛測(cè)量、材料楊氏模量測(cè)量以及材料變形與材料內(nèi)力單值函數(shù)關(guān)系測(cè)定等測(cè)量領(lǐng)域所遇到的技術(shù)難題，尤其是所公布的材料內(nèi)力測(cè)量裝置還將首次對(duì)材料軸力、材料剪力、受彎材料內(nèi)力偶矩以及受扭材料內(nèi)力偶矩實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有材料力學(xué)性能測(cè)量裝置的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)，期望該裝置能夠在材料力學(xué)性能測(cè)定、高精度測(cè)力傳感器的研發(fā)以及新材料研制過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用，期望能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置、新型力學(xué)測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該材料內(nèi)力平衡測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第六個(gè)實(shí)施方式，一種材料彈性模量測(cè)定或材料軸力與材料軸向變形測(cè)量，請(qǐng)參閱圖4e，該裝置包括本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量，其不同之處在于剛性載荷疊加器402將軸向拉伸或軸向壓縮力405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406、406`對(duì)受試材料416的作用效果相疊加之前，受試材料416在軸向拉伸或軸向壓縮力405作用下已產(chǎn)生可被度量的軸向變形δ，即試驗(yàn)之初在系統(tǒng)平衡力406、406`的施載面與剛性載荷疊加器402的承載面之間保留一定可被度量的間隙δ；且軸向拉伸或軸向壓縮力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷。參照本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，力敏元件403將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生軸向變形δ時(shí)系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值，根據(jù)共線力系平衡的充要條件，受試材料416的材料軸力404+軸向拉伸或軸向壓縮力405+系統(tǒng)平衡力406＝0，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生軸向變形δ時(shí)其所對(duì)應(yīng)的材料軸力404的量值。若應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的利用彈性測(cè)力傳感器測(cè)量直線位移的方法測(cè)量受試材料416的軸向變形δ和系統(tǒng)平衡力406，則本實(shí)施方式還將可以有多種拓展實(shí)例，例如，本實(shí)施例將包括本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量，請(qǐng)參閱圖4a，其中軸向拉伸或軸向壓縮力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，力敏元件403包括彈性測(cè)力傳感器，該彈性測(cè)力傳感器受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系，按照本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，該彈性測(cè)力傳感器將能夠?qū)崟r(shí)的精確測(cè)量系統(tǒng)平衡力406及406`…量值以及受試材料416軸向變形狀況，根據(jù)共線力系平衡的充要條件，受試材料416的材料軸力404+軸向拉伸或軸向壓縮力405+系統(tǒng)平衡力406＝0，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠?qū)κ茉嚥牧?16軸向變形δ與其軸力404的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。實(shí)際測(cè)量中軸向拉伸或軸向壓縮力405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷將能夠提高測(cè)量效率。根據(jù)材料楊氏模量公式E＝(F/S)/(dL/L)，其中F＝材料軸力404；軸向拉伸或軸向壓縮力405+系統(tǒng)平衡力406+材料軸力404＝0、dL＝軸向變形δ、S＝原始截面積、L＝原始長(zhǎng)度，試驗(yàn)前精確測(cè)量受試材料416的原始長(zhǎng)度以及原始截面積，將能夠精確測(cè)定材料楊氏模量；另?yè)?jù)彈性假設(shè)描述，彈性體的變形與載荷在整個(gè)加卸載過(guò)程中存在一一對(duì)應(yīng)單值函數(shù)關(guān)系，因此利用該裝置能夠用實(shí)驗(yàn)的方法準(zhǔn)確驗(yàn)證彈性假設(shè)的正確性，繼而能夠?qū)Σ牧陷S力與材料軸向變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。

該裝置依據(jù)材料彈性假設(shè)和材料楊氏模量定義，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力平衡測(cè)量，用試驗(yàn)的方法對(duì)材料楊氏模量以及材料產(chǎn)生軸向變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的材料軸力實(shí)現(xiàn)精確測(cè)定，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服以往楊氏模量試驗(yàn)中試件斷后伸長(zhǎng)量的測(cè)量和引伸計(jì)標(biāo)距引起的不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響；其還將在一定程度上解決用試驗(yàn)的方法對(duì)彈性假設(shè)正確性加以驗(yàn)證以及精確測(cè)量材料軸力與材料軸向變形的單值函數(shù)關(guān)系的技術(shù)難題；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有材料楊氏彈性模量測(cè)定以及材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠?yàn)榻⒉牧蟽?nèi)力與變形間單值函數(shù)關(guān)系提供準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量依據(jù)；期望在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、全量程測(cè)力稱重傳感器以及位移傳感器的研發(fā)與標(biāo)定中得到廣泛的應(yīng)用，期望能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置 以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路；該材料彈性模量測(cè)定或材料軸力與材料軸向變形測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第七個(gè)實(shí)施方式，一種材料抗剪性能測(cè)定或材料剪力與材料受剪變形測(cè)量，請(qǐng)參閱圖4f，該裝置包括本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量，其不同之處在于，剛性載荷疊加器402將剪切力405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406、406`對(duì)受試材料416的作用效果相疊加之前，受試材料416在剪切力405作用下已產(chǎn)生可被度量的剪切變形δ，即試驗(yàn)之初在系統(tǒng)平衡力406、406`的施載面與剛性載荷疊加器402的承載面之間保留一定可被度量的間隙δ；且剪切力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷。參照本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，力敏元件403將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生剪切變形δ時(shí)系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生剪切變形δ時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的材料剪力404的量值。若應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的利用彈性測(cè)力傳感器測(cè)量直線位移的方法測(cè)量受試材料416的剪切變形和系統(tǒng)平衡力406，則本實(shí)施方式還將可以有多種拓展實(shí)例，例如，本實(shí)施例將包括本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量，請(qǐng)參閱圖4b，其中剪切力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，力敏元件403包括彈性測(cè)力傳感器，該彈性測(cè)力傳感器受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系，按照本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，該彈性測(cè)力傳感器將能夠?qū)崟r(shí)的精確測(cè)量系統(tǒng)平衡力406及406`…量值以及受試材料416剪切變形狀況，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠?qū)κ茉嚥牧?16剪切變形δ與其剪力404的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。實(shí)際測(cè)量中剪切力405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。另?yè)?jù)彈性假設(shè)描述，彈性體的變形與載荷在整個(gè)加卸載過(guò)程中存在一一對(duì)應(yīng)單值函數(shù)關(guān)系，因此利用該裝置能夠用實(shí)驗(yàn)的方法準(zhǔn)確驗(yàn)證彈性假設(shè)的正確性，繼而能夠?qū)Σ牧霞袅εc材料剪切變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。

利用該裝置能夠?qū)Σ牧袭a(chǎn)生剪切變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的剪力實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，繼而能夠?qū)Σ牧霞袅εc材料剪切變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)難于用試驗(yàn)的方法對(duì)彈性假設(shè)正確性加以驗(yàn)證以及無(wú)法精確測(cè)定材料剪力與材料剪切變形單值函數(shù)關(guān)系的技術(shù)難題；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠?yàn)榻⒉牧蟽?nèi)力與變形間單值函數(shù)關(guān)系提供準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量依據(jù)；期望在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、全量程測(cè)力稱重傳感器以及位移傳感器的研發(fā)與標(biāo)定中得到廣泛的應(yīng)用，期望能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路；該材料抗剪性能測(cè)定或材料剪力與材料受剪變形測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第八個(gè)實(shí)施方式，一種材料抗彎性能測(cè)定或受彎材料內(nèi)力偶矩與材料受彎變形的測(cè)量，請(qǐng)參閱圖4g，該裝置包括本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量，其不同之處在于，剛性載荷疊加器402將外力偶矩405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406、406`對(duì)受試材料416的作用效果相疊加之前，受試材料416在外力偶矩405作用下已產(chǎn)生可被度量的彎曲變形δ，即試驗(yàn)之初在系統(tǒng)平衡力406、406`的施載面與剛性載荷疊加器402的承載面之間保留一定可被度量的間隙δ；且外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，參照本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，力敏元件403將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生彎曲變形δ時(shí)系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生彎曲變形δ時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的受彎材料內(nèi)力偶矩404的量值。若應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的利用彈性測(cè)力傳感器測(cè)量直線位移的方法測(cè)量受試材料416變形和系統(tǒng)平衡力406，則本實(shí)施方式還將可以有多種拓展實(shí)例，例如，本實(shí) 施例將包括本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量，請(qǐng)參閱圖4c，其中，外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，力敏元件403包括彈性測(cè)力傳感器，該彈性測(cè)力傳感器受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系，按照本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，該彈性測(cè)力傳感器將能夠?qū)崟r(shí)的精確測(cè)量系統(tǒng)平衡力406及406`…量值以及受試材料416彎曲變形狀況，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠?qū)κ茉嚥牧?16彎曲變形δ與受彎材料內(nèi)力偶矩404的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。實(shí)際測(cè)量中外力偶矩405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。另?yè)?jù)彈性假設(shè)描述，彈性體的變形與載荷在整個(gè)加卸載過(guò)程中存在一一對(duì)應(yīng)單值函數(shù)關(guān)系，因此利用該裝置能夠用實(shí)驗(yàn)的方法準(zhǔn)確驗(yàn)證彈性假設(shè)的正確性，繼而能夠?qū)Σ牧峡箯潈?nèi)力偶矩與材料彎曲變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。

利用該裝置能夠?qū)Σ牧袭a(chǎn)生彎曲變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的所述內(nèi)力偶矩實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，繼而能夠?qū)Σ牧峡箯潈?nèi)力偶矩與材料彎曲變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)難于用試驗(yàn)的方法對(duì)彈性假設(shè)正確性加以驗(yàn)證以及無(wú)法精確測(cè)定受彎材料內(nèi)力偶矩與材料受彎變形單值函數(shù)關(guān)系的技術(shù)難題。根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠?yàn)榻⒉牧蟽?nèi)力與變形間單值函數(shù)關(guān)系提供準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量依據(jù)；期望在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、全量程測(cè)力稱重傳感器以及位移傳感器的研發(fā)與標(biāo)定中得到廣泛的應(yīng)用；期望能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路；該材料抗彎性能測(cè)定或受彎材料內(nèi)力偶矩與材料受彎變形測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第九個(gè)實(shí)施方式，一種材料抗扭性能測(cè)定或受扭材料內(nèi)力偶矩與材料受扭變形的測(cè)量，請(qǐng)參閱圖4h，該裝置包括本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量，其不同之處在于，剛性載荷疊加器402將外力偶矩405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406、406`對(duì)受試材料416的作用效果相疊加之前，受試材料416在外力偶矩405作用下已產(chǎn)生可被度量的扭曲變形α，即試驗(yàn)之初在系統(tǒng)平衡力406、406`的施載面與剛性載荷疊加器402的承載面之間保留一定可被度量的間隙α；且外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，參照本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，力敏元件403將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形α?xí)r系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形α?xí)r，其所對(duì)應(yīng)的受扭材料內(nèi)力偶矩404的量值。若應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的利用彈性測(cè)力傳感器測(cè)量直線位移的方法測(cè)量受試材料416變形和系統(tǒng)平衡力406，則本實(shí)施方式還將可以有多種拓展實(shí)例，例如，本實(shí)施例將包括本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量，請(qǐng)參閱圖4d，其中，外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，力敏元件403包括彈性測(cè)力傳感器，該彈性測(cè)力傳感器受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系，按照本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，該彈性測(cè)力傳感器將能夠?qū)崟r(shí)的精確測(cè)量系統(tǒng)平衡力406及406`…量值以及受試材料416扭曲變形狀況，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠?qū)κ茉嚥牧?16扭曲變形α與受扭材料內(nèi)力偶矩404的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。實(shí)際測(cè)量中外力偶矩405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。另?yè)?jù)彈性假設(shè)描述，彈性體的變形與載荷在整個(gè)加卸載過(guò)程中存在一一對(duì)應(yīng)單值函數(shù)關(guān)系，因此利用該裝置能夠用實(shí)驗(yàn)的方法準(zhǔn)確驗(yàn)證彈性假設(shè)的正確性，繼而能夠?qū)Σ牧峡古?nèi)力偶矩與材料扭曲變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。

利用該裝置能夠?qū)Σ牧袭a(chǎn)生扭曲變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的所述內(nèi)力偶矩實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，繼而能夠?qū)Σ牧峡古?nèi)力偶矩與材料扭曲變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅 速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高位移分辨率、高重復(fù)精度以及多維度測(cè)量的特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)難于用試驗(yàn)的方法對(duì)彈性假設(shè)正確性加以驗(yàn)證以及無(wú)法精確測(cè)定受扭材料內(nèi)力偶矩與材料受扭變形單值函數(shù)關(guān)系的技術(shù)難題。根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠?yàn)榻⒉牧蟽?nèi)力與變形間單值函數(shù)關(guān)系提供準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量依據(jù)；期望在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、全量程測(cè)力稱重傳感器以及位移傳感器的研發(fā)與標(biāo)定中得到廣泛的應(yīng)用；期望能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路；該材料抗扭性能測(cè)定或受扭材料內(nèi)力偶矩與材料受扭變形測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第十個(gè)實(shí)施方式，一種微動(dòng)測(cè)量。該裝置包括本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的載荷平衡測(cè)量，其不同之處在于力敏元件203包括彈性力敏元件，且彈性力敏元件203串接于慣性參照系201與剛性載荷疊加器202之間，用于感知并測(cè)定慣性參照系201和剛性載荷疊加器202之間的距離及距離變化，

圖2a、圖2b顯示的是直線位移測(cè)量的示意圖，圖2c顯示的是平面平移測(cè)量的示意圖，圖2d、圖2e顯示的是平面內(nèi)無(wú)回轉(zhuǎn)軸的角位移測(cè)量的示意圖，圖2f、圖2g及圖2h顯示的是平面微動(dòng)測(cè)量的示意圖，圖2i、圖2j顯示的是平面內(nèi)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移測(cè)量的示意圖，圖2k、圖2l以及圖2m則顯示的是空間內(nèi)微動(dòng)測(cè)量的示意圖。

對(duì)于測(cè)量中無(wú)法避免的測(cè)量系統(tǒng)附加載荷以及系統(tǒng)摩擦力，其將可以被視為第一、第二個(gè)載荷的一個(gè)分量參與系統(tǒng)平衡，因此本實(shí)施例將測(cè)量系統(tǒng)附加載荷和系統(tǒng)摩擦力對(duì)測(cè)量的影響也納入了平衡測(cè)量的范圍，從而將進(jìn)一步減小系統(tǒng)不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

圖中第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的任何變動(dòng)都將改變剛性載荷疊加器202的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將引起剛性載荷疊加器202與慣性參照系201之間的間距產(chǎn)生變化，從而使串接于慣性參照系201與剛性載荷疊加器202之間的彈性力敏元件203受到拉伸或擠壓產(chǎn)生彈性變形，彈性力敏元件203在受力方向上的邊界變形量與剛性載荷疊加器202的位移變化量相等。參照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的載荷平衡測(cè)量的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，使彈性力敏元件203的測(cè)量軸線與剛性載荷疊加器202的運(yùn)動(dòng)軸線重合，如圖中所示，則會(huì)提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。另?yè)?jù)本發(fā)明所公布的材料內(nèi)力與材料受力變形的標(biāo)定方法所測(cè)定的材料受力與變形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便能夠通過(guò)系統(tǒng)平衡力206的量值及量值變化，準(zhǔn)確的測(cè)定出剛性載荷疊加器202的位移及位移變化量。

實(shí)際測(cè)量中，剛性載荷疊加器還將承載更多的載荷，例如空氣浮力以及保持測(cè)量初始平衡的載荷等，如何消除或修正其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，已被本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，不屬于本公開(kāi)所保護(hù)的范圍，故本公開(kāi)未對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

該測(cè)量依據(jù)彈性力敏元件受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系的特性，應(yīng)用本發(fā)明所公布的載荷平衡測(cè)量，采用接觸式測(cè)量方式，將提供用于高度精確和靈敏的測(cè)量微位移的方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高位移分辨率、高重復(fù)精度以及多維度測(cè)量的特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)微動(dòng)實(shí)現(xiàn)高精度、高分辨率測(cè)量的技術(shù)難題；由其派生的微動(dòng)控制裝置和精確定位、控制還將在一定程度上解決諸如精確定位控制等測(cè)量控制領(lǐng)域的技術(shù)難題；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有微位移測(cè)量控制技術(shù)的補(bǔ)充，在精密機(jī)械加工以及裝備總成后的性能測(cè)試中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)槲?dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)、微動(dòng)控制機(jī)構(gòu)以及精確定位機(jī)構(gòu)的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該微動(dòng)測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第十一個(gè)實(shí)施方式，一種微動(dòng)控制，該裝置包括本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的微動(dòng)測(cè)量，其不同之處在于第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷，請(qǐng)參閱圖2a至圖2l。參照本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(標(biāo)準(zhǔn)載荷)與第二個(gè)載荷 204(標(biāo)準(zhǔn)載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，剛性載荷疊加器202將產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，且該運(yùn)動(dòng)將被彈性力敏元件203所測(cè)定。

圖2a、圖2b顯示的是直線位移控制的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的直線位移測(cè)量，其不同之處在于第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204包括可調(diào)整的單一分量標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷。參照本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的直線位移測(cè)量的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)與第二個(gè)載荷204(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，致使剛性載荷疊加器202產(chǎn)生位移，且該位移被所述彈性力敏元件203測(cè)定。若第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)直線位移的控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)載荷205量值更為接近的第二個(gè)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)直線微位移的精確控制。該裝置能夠精確控制剛性載荷疊加器202的直線位移。

圖2c顯示的是平面位移控制的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面平移測(cè)量，其不同之處在于第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204包括可調(diào)整的單一分量標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷。參照本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面平移測(cè)量的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)與第二個(gè)載荷204(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，致使剛性載荷疊加器202產(chǎn)生位移，且該位移被所述彈性力敏元件203測(cè)定。該裝置能夠精確控制剛性載荷疊加器202以及與其固定連接部件的平面位移。

圖2d、圖2e顯示的是平面內(nèi)無(wú)回轉(zhuǎn)軸的角位移控制的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面內(nèi)無(wú)回轉(zhuǎn)軸的角位移測(cè)量，其不同之處在于第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷。參照本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面內(nèi)無(wú)回轉(zhuǎn)軸的角位移測(cè)量的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，致使剛性載荷疊加器202產(chǎn)生角位移，且該位移被所述彈性力敏元件203測(cè)定。若第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)角位移的控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)載荷205量值更為接近的第二個(gè)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)成角度的微位移實(shí)現(xiàn)精確控制。該裝置能夠精確控制剛性載荷疊加器202的角位移。

圖2f、圖2g及圖2h顯示的是平面微動(dòng)控制的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面微動(dòng)測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204包括可調(diào)整的單一分量標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷或標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷。參照本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面微動(dòng)測(cè)量裝置的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，致使剛性載荷疊加器202產(chǎn)生微動(dòng)，且該位移被所述彈性力敏元件203測(cè)定。該裝置能夠精確控制剛性載荷疊加器202以及與其固定連接部件的平面微動(dòng)。

圖2i、圖2j顯示的是平面內(nèi)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移控制的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面內(nèi)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移測(cè)量，其不同之處在于第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷。參照本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面內(nèi)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移測(cè)量的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，致使剛性載荷疊加器202繞回轉(zhuǎn)中心O產(chǎn)生角位移，且該位移被所述彈性力敏元件203測(cè)定。若第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)載荷205量值更為接近的第二個(gè)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)成角度的微位移實(shí)現(xiàn)精確控制。該裝置能夠精確控制剛性載荷疊加器202的角位移。

圖2k、圖2l顯示的是空間內(nèi)微動(dòng)控制的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的空間內(nèi)微動(dòng)測(cè)量，其不同之處在于第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204包括可調(diào)整的 單一分量標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷或標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷。參照本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的空間內(nèi)微動(dòng)測(cè)量的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)剛性載荷疊加器202以及與其固定連接部件在平面內(nèi)或空間內(nèi)微動(dòng)的控制。

該裝置利用載荷平衡原理，應(yīng)用本發(fā)明所公布的載荷平衡測(cè)量，采用無(wú)間隙控制方式，對(duì)微動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確控制和測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高位移分辨率、高重復(fù)精度以及多維度測(cè)量控制的特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有微位移系統(tǒng)的不確定性對(duì)微動(dòng)控制造成影響的技術(shù)難題，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有微動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的補(bǔ)充，在精密機(jī)械加工以及裝備總成后的性能測(cè)試中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)槲?dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)、微動(dòng)控制機(jī)構(gòu)以及精確定位機(jī)構(gòu)的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該微動(dòng)控制可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第十二個(gè)實(shí)施方式，一種精確定位控制該裝置包括本發(fā)明第十一個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的微動(dòng)控制，其不同之處在于：預(yù)先設(shè)定剛性載荷疊加器202處于最終位置時(shí)彈性力敏元件203的受力狀況。根據(jù)本發(fā)明在后敘述的材料內(nèi)力與材料受力變形的標(biāo)定方法所測(cè)定的材料受力與變形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，能夠通過(guò)彈性力敏元件203的受力狀況判斷剛性載荷疊加器202所處的位置與設(shè)定位置的偏差。參照本發(fā)明第十一個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的微動(dòng)控制的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，控制、調(diào)整第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，使彈性力敏元件203的受力狀況達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)剛性載荷疊加器202精確定位的目的。圖2a、圖2b顯示的是直線位移定位控制裝置的示意圖，若第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)直線位移的定位控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205量值更為接近的第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)直線微位移的精確定位控制。圖2c顯示的是平面位移定位控制裝置的示意圖，圖2d、e顯示的是無(wú)固定回轉(zhuǎn)中心的角位移定位控制裝置的示意圖，若第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)角位移的定位控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205量值更為接近的第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)成角度的微位移實(shí)現(xiàn)精確定位控制。圖2f、圖2g及圖2h顯示的是平面微動(dòng)定位控制裝置的示意圖，圖2i、圖2j顯示的是有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移定位控制裝置的示意圖，若第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移實(shí)現(xiàn)定位控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205量值更為接近的第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)成角度的微位移實(shí)現(xiàn)精確定位控制。圖2k、圖2l顯示的是空間內(nèi)微動(dòng)定位控制裝置的示意圖。

該裝置依據(jù)彈性力敏元件受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系的特性，應(yīng)用本發(fā)明所公布的載荷平衡測(cè)量，采用無(wú)間隙控制方式，實(shí)現(xiàn)精確控制定位，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高位移分辨率、高重復(fù)精度以及多維度測(cè)量控制的特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確定位的技術(shù)難題，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有精確定位裝置的補(bǔ)充，在精密機(jī)械加工以及裝備總成后的性能測(cè)試中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)槲?dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)、微動(dòng)控制機(jī)構(gòu)以及精確定位機(jī)構(gòu)的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該精確定位控制可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第十三個(gè)實(shí)施方式，一種實(shí)施本發(fā)明載荷平衡測(cè)量的第一個(gè)實(shí)施方式的載荷平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，請(qǐng)參閱圖3a，該裝置包括剛性載荷疊加器302、慣性參照系301以及力敏元件303。

剛性載荷疊加器302，對(duì)外部第一個(gè)施載物體3051和外部第二個(gè)施載物體3041對(duì)剛性載荷疊加器302的作用效果實(shí)施疊加和傳遞的剛體或非絕對(duì)剛體，其可以是具體零部件，也可以是受力部件本身，其包括由一個(gè)或多個(gè)承載單元3011構(gòu)成的第一處承載部位I、第二處承載部位II以及第三處承載部位III；

所述承載單元3011的作用包括對(duì)施載物體或慣性參照系對(duì)所述剛性載荷疊加器的單一分量正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的作用效果實(shí)施承載，其承載形式可以是點(diǎn)接觸、線接觸或面接觸；

所述外部第一個(gè)施載物體3051對(duì)剛性載荷疊加器302的作用效果形成所述第一個(gè)載荷305。該載荷305若為體載荷，其將由剛性載荷疊加器302整體作為一處承載部位對(duì)其實(shí)施承載；該載荷305若為單一分量、多分量作用效果的線載荷或面載荷，其將由剛性載荷疊加器302第一處承載部位I的一個(gè)或多個(gè)承載單元3011所承載；

所述外部第二個(gè)施載物體3041對(duì)剛性載荷疊加器302的作用效果形成所述第二個(gè)載荷304。該載荷304若為體載荷，其將由剛性載荷疊加器302整體作為一處承載部位對(duì)其實(shí)施承載；該載荷304若為線載荷或面載荷，其將由剛性載荷疊加器302第一處承載部位II的一個(gè)或多個(gè)承載單元3011所承載；

第一個(gè)載荷305與第二個(gè)載荷304還包括多個(gè)載荷共同作用的等效載荷；

外部第一施載物體3051、第二個(gè)施載物體3041也包括剛性載荷疊加器302本身。

慣性參照系301，測(cè)量中選取的參考系，其對(duì)剛性載荷疊加器302的作用效果包括使剛性載荷疊加器302相對(duì)于其保持靜止。該作用效果對(duì)剛性載荷疊加器302形成一個(gè)或多個(gè)單一分量的正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的系統(tǒng)平衡力306，其由剛性載荷疊加器302第三處承載部位III的一個(gè)或多個(gè)承載單元3011所承載。

力敏元件303及303`…，對(duì)力敏感的彈性或非彈性元件，其包括采用接觸或非接觸方式對(duì)單一分量作用力正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的力值或力值變化實(shí)施測(cè)量。

請(qǐng)參閱圖3a，試驗(yàn)之初，第一個(gè)施載物體3051與第二個(gè)施載物體3041對(duì)剛性載荷疊加器302的作用效果構(gòu)成原力系，剛性載荷疊加器302在原力系主失與主矩的作用下產(chǎn)生移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器302相對(duì)于慣性參照系301保持相對(duì)靜止，由慣性參照系301向剛性載荷疊加器302的第三處承載部位III提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的正向、負(fù)向亦或是正負(fù)兩個(gè)方向的系統(tǒng)平衡力306及307…，其分別由第三處承載部位III的一個(gè)或多個(gè)承載單元3011所承載，且系統(tǒng)平衡力306及307…的力值或力值變化被力敏元件303及303`…所測(cè)量。即剛性載荷疊加器302將原力系對(duì)剛性載荷疊加器302的作用效果與慣性參照系301對(duì)剛性載荷疊加器302的作用效果相疊加，其處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)平衡力306及307…在與原力系的主失相平衡的同時(shí)，其產(chǎn)生力偶矩的矩失還與原力系的主矩平衡。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力306及307…的精確測(cè)量，該裝置能夠?qū)Φ谝粋€(gè)施載物體3051和第二個(gè)施載物體3041對(duì)剛性載荷疊加器302作用效果的平衡狀況實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，結(jié)合系統(tǒng)平衡力306及307…的位置參數(shù)該裝置還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力306及307…后，原力系的不平衡度。

對(duì)于測(cè)量中無(wú)法避免的測(cè)量系統(tǒng)附加載荷以及系統(tǒng)摩擦力，其將可以被視為第一、第二個(gè)載荷的一個(gè)分量參與系統(tǒng)平衡，因此本實(shí)施例將測(cè)量系統(tǒng)附加載荷和系統(tǒng)摩擦力對(duì)測(cè)量的影響也納入了平衡測(cè)量的范圍，從而將進(jìn)一步減小系統(tǒng)不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

以下分別對(duì)平面匯交力系、平面力偶系、平面任意力系、空間平衡力系以及任意空間力系平衡測(cè)量裝置的技術(shù)方案做進(jìn)一步闡述。請(qǐng)參閱圖2a至圖2m，由于本實(shí)施例及在后敘述的各實(shí)施方式都是圍繞本發(fā)明第一至第四、第十至第十二個(gè)實(shí)施方式而展開(kāi)，為了更簡(jiǎn)潔、清楚的加以說(shuō)明，在后的敘述將引用本發(fā)明第一至第四、第十至第十二個(gè)實(shí)施方式的附圖。請(qǐng)對(duì)比圖3a與圖2c，應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)施方式具有如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即本實(shí)施方式所述第一個(gè)施載物體3051對(duì)剛性載荷疊加器302的作用效果-第一個(gè)載荷305被剛性載荷疊加器302第一處承載部位I的各承載單元3011或剛性載荷疊加器302整體所承載，其與第一個(gè)實(shí)施方式附圖中的第一個(gè)載荷205相對(duì)應(yīng)；第二個(gè)施載物體3041對(duì)剛性載荷疊加器302的作用效果一第二個(gè)載荷304被剛性載荷疊加器302第二處承載部位II的各承載單元3011或剛性載荷疊加器302整體所承載，其與第一個(gè)實(shí)施方式附圖中的第二個(gè)載荷204相對(duì)應(yīng)；慣性參照系301對(duì)剛性載荷疊加器302的作用效果-系統(tǒng)平衡力306及307…被剛性載荷疊加器302第三處承載部位III 的各承載單元3011所承載，其與第一個(gè)實(shí)施方式附圖中的系統(tǒng)平衡力206及207…相對(duì)應(yīng)。雖然在后所引用的附圖中未顯示第一個(gè)施載物體3051、第二個(gè)施載物體3041、第一處承載部位I、第二處承載部位II和第三處承載部位III以及各承載部位的承載單元3011，但由于存在上述對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此在后的敘述應(yīng)當(dāng)視為已經(jīng)做出了清楚、完整的附圖說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖2a、圖2b，若前述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第一個(gè)載荷205與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第二個(gè)載荷204是作用線重合的兩個(gè)單一分量的作用力載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原共線力系，本實(shí)施方式構(gòu)成共線力系平衡測(cè)量裝置。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202第三處承載部位III的各承載單元2011提供單一分量的系統(tǒng)平衡力206及206`…，系統(tǒng)平衡力206及206`…對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果的主失與原共線力系的主失相平衡，且系統(tǒng)平衡力206及206`…的力值或力值變化被力敏元件203及203`…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206及206`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原共線力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206及206`…后，原共線力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206及206`…的施載位置和角度，使慣性參照系201所提供的系統(tǒng)平衡力206對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的作用線與前述第一個(gè)載荷205和第二個(gè)載荷204的作用線相重合，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。圖2a顯示的是反向且共線力平衡測(cè)量裝置的示意圖，選擇與第一個(gè)載荷205更為接近的第二個(gè)載荷204，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)全量程作用力平衡測(cè)量的目的。圖2b顯示的是同向且共線作用力載荷平衡測(cè)量裝置的示意圖。

請(qǐng)參閱圖2c，若前述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第一個(gè)載荷205與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第二個(gè)載荷204是作用線相交的兩個(gè)單一分量的作用力載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平面匯交力系，本實(shí)施方式構(gòu)成平面匯交力系平衡測(cè)量裝置。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202第三處承載部位III的各承載單元2011提供單一分量的系統(tǒng)平衡力206及206`…和系統(tǒng)平衡力207及207`…，系統(tǒng)平衡力206及206`…對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失R206與系統(tǒng)平衡力207及207`…對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失R207構(gòu)成匯交力系，該匯交力系與原平面匯交力系相平衡，且系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的力值或力值變化被力敏元件203及203`…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面匯交力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…后，原平面匯交力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的施載位置和角度，使慣性參照系201所提供的系統(tǒng)平衡力206與207對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果相互垂直，且其與原平面匯交力系共面，則會(huì)更有利于簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。

請(qǐng)參閱圖2d、圖2e若前述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第一個(gè)載荷205與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第二個(gè)載荷204是共面的兩個(gè)力偶矩載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平面力偶系，本實(shí)施方式構(gòu)成平面力偶系平衡測(cè)量裝置。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202第三處承載部位III的各承載單元2011提供單一分量的系統(tǒng)平衡力206及206`…和系統(tǒng)平衡力207及207`…，系統(tǒng)平衡力206及206`…對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失R206與系統(tǒng)平衡力207及207`…對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失R207構(gòu)成力偶系，該力偶系的主矩與原平面力偶系的主矩相平衡，且系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的力值或力值變化被力敏元件203`及203``…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面力偶系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡 力206、206`、207及207`…后，原平面力偶系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的施載位置和角度，使慣性參照系201所提供的系統(tǒng)平衡力206與207構(gòu)成與原平面力偶系共面的平面力偶系，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。圖2d顯示的是反向且共面力偶矩載荷平衡測(cè)量裝置的示意圖，選擇與第一個(gè)力偶矩205更為接近的第二個(gè)力偶矩204，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)全量程力偶矩平衡測(cè)量的目的。圖2e顯示的是同向且共面力偶矩載荷平衡測(cè)量裝置的示意圖。

請(qǐng)參閱圖2f，若前述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第一個(gè)載荷205與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第二個(gè)載荷204是位于同一平面內(nèi)的兩個(gè)任意載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平面任意力系，本實(shí)施方式構(gòu)成平面任意力系平衡測(cè)量裝置。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202第三處承載部位III的各承載單元2011提供單一分量的系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、209及209`…，系統(tǒng)平衡力對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失分別為R206、R207、R208以及R209，其中R206與R207構(gòu)成匯交力系，該匯交力系的主失與原平面任意力系的主失相平衡；主失R208與R209構(gòu)成力偶系，該力偶系的主矩與原平面任意力系的主矩相平衡，且系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、209及209`…的力值或力值變化被力敏元件203、203`及203``…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206、207、207`、208、208`、209及209`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面任意力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、209及209`…后，原平面任意力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208、208`、209及209`…的施載位置和角度，使慣性參照系201所提供的系統(tǒng)平衡力206、207、208以及209共面，系統(tǒng)平衡力206與207相互垂直，系統(tǒng)平衡力208及209構(gòu)成平面力偶系，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。

請(qǐng)參閱圖2g、圖2h若前述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第一個(gè)載荷205與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第二個(gè)載荷204是兩個(gè)作用線相互平行的單一分量作用力載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平面平行力系，本實(shí)施方式構(gòu)成平面平行力系平衡測(cè)量裝置。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202第三處承載部位III的各承載單元2011提供單一分量的系統(tǒng)平衡力206及206`…和系統(tǒng)平衡力207及207`…，系統(tǒng)平衡力206及206`…的主失R206與系統(tǒng)平衡力207及207`…的主失R207在與原平面平行力系的主失相平衡的同時(shí)，其與矩心O之矩還和原平面平行力系的主矩相平衡，且系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的力值或力值變化被力敏元件203及203`…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面平行力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…后，原平面平行力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206、206`、207及207`…的施載位置和角度，使慣性參照系201所提供的系統(tǒng)平衡力206與207相互垂直，且使其構(gòu)成的匯交力系與原平面匯交力系共面，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。圖2g顯示的是平面反向平行力系平衡測(cè)量裝置的示意圖，圖2h顯示的是平面同向平行力系平衡測(cè)量裝置的示意圖。

請(qǐng)參閱圖2i、圖2j若剛性載荷疊加器202具有固定回轉(zhuǎn)中心O，前述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第一個(gè)載荷205與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第二個(gè)載荷204是同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平面轉(zhuǎn)矩力系，本實(shí)施方式構(gòu)成平面轉(zhuǎn)矩平衡測(cè)量裝置。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202第三處承載部位III的各承載單元2011提供單一分量的系統(tǒng)平衡力206及206`…，系統(tǒng)平衡力206及206`…對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失R206在與原平面轉(zhuǎn)矩力系的主失相平衡 的同時(shí)，其與回轉(zhuǎn)中心O之矩還和原平面轉(zhuǎn)矩力系的主矩相平衡，且系統(tǒng)平衡力206及206`…的力值或力值變化被力敏元件203及203`…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206及206`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面轉(zhuǎn)矩力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206及206`…后，原平面轉(zhuǎn)矩力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206及206`…的施載位置和角度，使慣性參照系201所提供的系統(tǒng)平衡力206構(gòu)成與原平面轉(zhuǎn)矩力系共面的平面轉(zhuǎn)矩，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。圖2i顯示的是同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)反向轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量裝置的示意圖，選擇與第一個(gè)轉(zhuǎn)矩205更為接近的第二個(gè)轉(zhuǎn)矩204，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)全量程轉(zhuǎn)矩平衡測(cè)量的目的。圖2j顯示的是同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)同向轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量裝置的示意圖。

請(qǐng)參閱圖2l，若前述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第一個(gè)載荷205與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第二個(gè)載荷204是空間內(nèi)兩個(gè)任意載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原任意空間力系，本實(shí)施方式構(gòu)成任意空間力系平衡測(cè)量裝置。為使剛性載荷疊加器202處于受力平衡狀態(tài)，由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202第三處承載部位III的各承載單元2011提供單一分量的系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208及208`…，系統(tǒng)平衡力對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的主失分別為R206、R207、R208、R2010以及R2011，其中主失R206、R207與R208對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果構(gòu)成匯交力系，該匯交力系的主失與原任意空間力系的主失相平衡；主失R2010與R2011對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果構(gòu)成力偶系，該力偶系的主矩與原任意空間力系的主矩相平衡，且系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208及208`…的力值或力值變化被力敏元件203、203`及203``…所測(cè)量。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208及208`…的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)量出作用于剛性載荷疊加器202的原平面任意力系的平衡狀況；結(jié)合系統(tǒng)平衡力的位置參數(shù)還能夠精確計(jì)算出卸載系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208及208`…后，原任意空間力系的不平衡度。調(diào)整剛性載荷疊加器202各承載接觸面的承載角度以及系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208及208`…的施載位置和角度，使慣性參照系201所提供的系統(tǒng)平衡力206、207及208對(duì)慣性參照系201的作用效果是相互垂直的匯交力系，使慣性參照系201所提供的系統(tǒng)平衡力2010與2011構(gòu)成與原任意空間力系的主矩共面的力偶矩，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。圖2k則顯示的是空間匯交力系平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的示意圖。

請(qǐng)參閱圖2m，若前述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第一個(gè)載荷205與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果-第二個(gè)載荷204是空間內(nèi)一組平衡載荷，則第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202構(gòu)成原平衡力系，本實(shí)施方式構(gòu)成平衡力系平衡測(cè)量裝置。由慣性參照系201向剛性載荷疊加器202提供的系統(tǒng)平衡力206與206`、207與207`、208與208`，其分別構(gòu)成三組成角度的平衡力，系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208及208`的力值或力值變化被力敏元件203、203`及203``…所測(cè)量，該三組平衡力不影響原平衡力系的平衡狀態(tài)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平衡力206、206`、207、207`、208及208`的精確測(cè)量，該裝置能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)作用于剛性載荷疊加器202的空間平衡力系的平衡狀況。同理，對(duì)于平面平衡力系的平衡可以向力系平面內(nèi)施加至少兩對(duì)成角度布置的平衡力來(lái)測(cè)量；對(duì)于共線平衡力系而言，可在非垂直于共線平衡力系作用線的方向上施加平衡力來(lái)測(cè)量。

實(shí)際測(cè)量中，剛性載荷疊加器還將承載更多的載荷，例如空氣浮力以及保持測(cè)量初始平衡的載荷等，如何消除或修正其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，已被本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，不屬于本公開(kāi)所保護(hù)的范圍，故本公開(kāi)未對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

該裝置依據(jù)平衡原理，利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，將提供用于高度精確和靈敏的測(cè)量平面任意力系、任意空間力系、任意平衡力系平衡狀況的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其中所公開(kāi)的反向共線作用力載荷、反向平面轉(zhuǎn)矩載荷以及反向平面力偶矩載 荷平衡測(cè)量裝置，最大限度的減小了大量程載荷對(duì)測(cè)量部件的影響，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有測(cè)量中無(wú)法對(duì)極限量程載荷平衡實(shí)施精確測(cè)量的技術(shù)難題；由其派生的物理量及材料力學(xué)性能測(cè)量裝置還將在一定程度上解決諸如極限量程載荷測(cè)量、材料內(nèi)力測(cè)量、材料內(nèi)力松弛測(cè)量、材料楊氏模量測(cè)量、材料變形與材料內(nèi)力單值函數(shù)關(guān)系測(cè)定、極限量程位移測(cè)量以及精確控制和定位等測(cè)量領(lǐng)域所遇到的技術(shù)難題，尤其是所公布的材料內(nèi)力測(cè)量裝置還將首次對(duì)材料軸力、材料剪力、受彎材料內(nèi)力偶矩以及受扭材料內(nèi)力偶矩實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，所公布的載荷發(fā)生或載荷變化控制裝置還將為超微力值提供一條量值溯源途徑；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有測(cè)量裝置的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)，在材料力學(xué)性能測(cè)定、高精度測(cè)力傳感器的研發(fā)、新材料研制、精密機(jī)械加工乃至裝備總成后的性能測(cè)試中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置、新型力學(xué)測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該載荷平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第十四個(gè)實(shí)施方式，一種載荷相對(duì)變化的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，該裝置包括本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的共線力平衡測(cè)量裝置、平面力偶系平衡測(cè)量裝置以及平面轉(zhuǎn)矩平衡測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向，請(qǐng)參閱圖2a、圖2d以及圖2i。按照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的相對(duì)變化。

圖2a顯示的是反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的共線力平衡測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向。按照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的共線力平衡測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的相對(duì)變化。

圖2d顯示的是反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面力偶系平衡測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向。按照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面力偶系平衡測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的相對(duì)變化。

圖2i顯示的是同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面轉(zhuǎn)矩平衡測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向。按照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面轉(zhuǎn)矩平衡測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的相對(duì)變化。

該裝置充分發(fā)揮現(xiàn)有檢測(cè)裝置高精度的測(cè)量特性，采用直接測(cè)量載荷平衡修正值或不平衡度的思路，對(duì)載荷間量值的相對(duì)變化實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的利用測(cè)量載荷絕對(duì)量值進(jìn)而計(jì)算載荷相對(duì)變化的測(cè)量技術(shù)，具有大量程、全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有測(cè)力稱重裝置的補(bǔ)充，在極限量程載荷測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀以及新型力學(xué)測(cè)量裝置的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第十五個(gè)實(shí)施方式，載荷相對(duì)變化的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感 器在全量程載荷變化測(cè)量中的應(yīng)用，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置、反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置以及同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果恒定，請(qǐng)參閱圖2a、圖2d以及圖2i。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的變化狀況。

圖2a顯示的是全量程單一分量作用力載荷變化測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是恒定的作用力載荷。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的變化狀況。

圖2d顯示的是平面力偶矩載荷變化測(cè)量裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是恒定的力偶矩載荷。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的變化狀況。

圖2i顯示的是轉(zhuǎn)矩載荷變化測(cè)量裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是恒定的轉(zhuǎn)矩載荷。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果量值的變化狀況。

選擇與上述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果更為接近的第二個(gè)載荷204，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)全量程載荷變化測(cè)量的目的。

該測(cè)量充分利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的載荷相對(duì)變化的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)全量程載荷微動(dòng)變化的精確測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有大量程、全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其突破了以往通過(guò)測(cè)量載荷絕對(duì)量值進(jìn)而計(jì)算載荷相對(duì)變化的技術(shù)思路，至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)極限載荷微量變化實(shí)施精確測(cè)量的技術(shù)難題，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有測(cè)力稱重裝置的補(bǔ)充，在極限量程載荷測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀以及新型力學(xué)測(cè)量裝置的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該全量程載荷變化測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第十六個(gè)實(shí)施方式，載荷相對(duì)變化的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器在全量程載荷量值傳遞測(cè)量中的應(yīng)用，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置、反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置以及同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果以及外部標(biāo)準(zhǔn)載荷對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果由剛性載荷疊加器202的第一處承載部位I分別承載并實(shí)施對(duì)比測(cè)量，且第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器的作用效果恒定，請(qǐng)參閱圖2a、圖2d以及圖2i。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量得出第一個(gè)施載物體2051與所述外部標(biāo)準(zhǔn)載荷對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的差距，從而將所述外部標(biāo)準(zhǔn)載荷的量值精確傳遞給第一個(gè)載荷205。

圖2a顯示的是全量程單一分量作用力載荷量值傳遞測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第 十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于剛性載荷疊加器202的第一處承載部位I分別對(duì)第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果和外部單一分量標(biāo)準(zhǔn)力(圖中未顯示)對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果實(shí)施承載，且第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是恒定的作用力載荷。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量得出第一個(gè)載荷205與外部單一分量標(biāo)準(zhǔn)力的差距，從而將外部單一分量標(biāo)準(zhǔn)力的量值精確傳遞給第一個(gè)載荷205。

圖2d顯示的是全量程力偶矩載荷量值傳遞測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于剛性載荷疊加器202的第一處承載部位I分別對(duì)第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果和外部標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果實(shí)施承載，且第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是恒定的力偶矩載荷。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量得出第一個(gè)載荷205與外部標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷的差距，從而將外部標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷的量值精確的傳遞給第一個(gè)載荷205。

圖2i顯示的是全量程轉(zhuǎn)矩載荷量值傳遞測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于剛性載荷疊加器202的第一處承載部位I分別對(duì)第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果和外部標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果實(shí)施承載，且第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果是恒定的轉(zhuǎn)矩載荷。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量得出第一個(gè)載荷205與外部標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷的差距，從而將外部標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷的量值精確的傳遞給第一個(gè)載荷205。

選擇與上述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果更為接近的第二個(gè)載荷204，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)全量程載荷量值傳遞測(cè)量的目的。

該測(cè)量充分利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的載荷相對(duì)變化的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)全量程載荷量值傳遞，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有大量程、全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)極限力值實(shí)施量值傳遞的技術(shù)難題，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有測(cè)力稱重裝置的補(bǔ)充，在極限量程載荷測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀以及新型力學(xué)測(cè)量裝置的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該全量程載荷量值傳遞測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明載荷平衡測(cè)量的第十七個(gè)實(shí)施方式，載荷相對(duì)變化的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器在全量程載荷測(cè)量中的應(yīng)用，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置、反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置以及同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果是標(biāo)準(zhǔn)載荷，請(qǐng)參閱圖2a、圖2d以及圖2i。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量得出第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果的差距，從而將第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(標(biāo)準(zhǔn)載荷)的量值精確傳遞給第一個(gè)載荷205。

圖2a顯示的是全量程單一分量作用力載荷測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果是單一分量標(biāo)準(zhǔn)力載荷。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量得出第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041(單一分 量標(biāo)準(zhǔn)力載荷)對(duì)所述剛性載荷疊加器202作用效果的差距，從而將第二個(gè)施載物體2041(單一分量標(biāo)準(zhǔn)力載荷)對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果的量值精確傳遞給第一個(gè)載荷205。

圖2d顯示的是全量程力偶矩載荷測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果是標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量得出第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202作用效果的差距，從而將第二個(gè)施載物體2041(標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷)對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果的量值精確傳遞給第一個(gè)載荷205。

圖2i顯示的是全量程轉(zhuǎn)矩載荷測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果是標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠精確測(cè)量得出第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202作用效果的差距，從而將第二個(gè)施載物體2041(標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷)對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果的量值精確傳遞給第一個(gè)載荷205。

選擇與上述第一個(gè)施載物體2051對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果更為接近的第二個(gè)載荷204(標(biāo)準(zhǔn)載荷)，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)全量程載荷測(cè)量的目的。

該測(cè)量充分利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的載荷相對(duì)變化的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)全量程載荷測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有大量程、全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)難于對(duì)極限力值實(shí)施精確測(cè)量的技術(shù)難題，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有測(cè)力稱重裝置的補(bǔ)充，在極限量程載荷測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀以及新型力學(xué)測(cè)量裝置的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該全量程載荷測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第十八個(gè)實(shí)施方式，載荷相對(duì)變化的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器在微小量程載荷測(cè)量中的應(yīng)用，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置、反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置以及同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)包括由微小量程載荷205`與測(cè)量系統(tǒng)附加靜轉(zhuǎn)矩載荷204`共同作用構(gòu)成的載荷；第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果恒定且其與測(cè)量系統(tǒng)附加靜載荷204`對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向，請(qǐng)參閱圖2n、圖2o、圖2p、圖2q、圖2r以及圖2s。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置第二個(gè)施載物體2041完全平衡或部分平衡所述測(cè)量系統(tǒng)附加靜載荷對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果，從而在大系統(tǒng)附加靜載荷背景影響下實(shí)現(xiàn)對(duì)微小量程載荷205`的精確測(cè)量。

圖2n顯示的是微小量程單一分量作用力載荷測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205，未顯示)包括由微小量程單一分量作用力載荷205`與測(cè)量系統(tǒng)附加靜轉(zhuǎn)矩載荷204`共同作用構(gòu)成的載荷；第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果恒定且其與測(cè)量系統(tǒng)附加靜載荷204`對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置第二個(gè)施載物體2041完全平衡或部分平衡所述測(cè)量系統(tǒng)附加靜載荷對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果，從而 在大系統(tǒng)附加靜載荷背景影響下實(shí)現(xiàn)對(duì)微小量程載荷205`的精確測(cè)量。

圖2o顯示的是微小量程力偶矩載荷測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205，未顯示)包括由微小量程力偶矩載荷205`與測(cè)量系統(tǒng)附加靜轉(zhuǎn)矩載荷204`共同作用構(gòu)成的載荷；第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果恒定且其與測(cè)量系統(tǒng)附加靜載荷204`對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置第二個(gè)施載物體2041完全平衡或部分平衡所述測(cè)量系統(tǒng)附加靜載荷對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果，從而在大系統(tǒng)附加靜載荷背景影響下實(shí)現(xiàn)對(duì)微小量程載荷205`的精確測(cè)量。

圖2p顯示的是微小量程轉(zhuǎn)矩載荷測(cè)量的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205，未顯示)包括由微小量程轉(zhuǎn)矩載荷205`與測(cè)量系統(tǒng)附加靜轉(zhuǎn)矩載荷204`共同作用構(gòu)成的載荷；第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果恒定且其與測(cè)量系統(tǒng)附加靜載荷204`對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果反向。按照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置第二個(gè)施載物體2041完全平衡或部分平衡所述測(cè)量系統(tǒng)附加靜載荷對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果，從而在大系統(tǒng)附加靜載荷背景影響下實(shí)現(xiàn)對(duì)微小量程載荷205`的精確測(cè)量。

請(qǐng)參閱圖2q、圖2r、圖2s，由于本發(fā)明所述任意一個(gè)載荷還包括多個(gè)載荷共同作用的等效載荷，若本實(shí)施方式中第一個(gè)載荷205包括多個(gè)同向載荷205`、205``…以及測(cè)量系統(tǒng)附加靜載荷204`共同作用的載荷，則本實(shí)施方式將能夠在大系統(tǒng)附加靜載荷背景影響下對(duì)多個(gè)微小量程載荷205`和205``…實(shí)現(xiàn)精確疊加測(cè)量。

選擇與上述測(cè)量系統(tǒng)附加靜載荷204`更為接近的第二個(gè)載荷204(靜載荷)，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下實(shí)現(xiàn)微小量程載荷高精度測(cè)量。

該測(cè)量充分利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的載荷相對(duì)變化的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，在大系統(tǒng)附加載荷背景影響下實(shí)現(xiàn)對(duì)微小量程載荷的精確測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)難于在大測(cè)量系統(tǒng)附加載荷影響下對(duì)微小量程載荷實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量的技術(shù)難題，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有測(cè)力稱重裝置的補(bǔ)充，在極限量程載荷測(cè)量中起到重要作用，期望該裝置能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀以及新型力學(xué)測(cè)量裝置的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該微小量程載荷測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第十九個(gè)實(shí)施方式，一種載荷疊加測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，該裝置包括本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同向且共線作用力載荷平衡測(cè)量裝置、同向且共面力偶矩載荷平衡測(cè)量裝置以及同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)同向轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果同向，請(qǐng)參閱圖2b、圖2e以及圖2j。按照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)同向載荷精確疊加測(cè)量的目的。

圖2b顯示的是同向且共線作用力載荷疊加測(cè)量裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同向且共線作用力載荷平衡測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果同向。按照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同向且共線作用力載荷平衡測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)Φ谝粋€(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果實(shí)現(xiàn)疊加測(cè)量。

圖2e顯示的是同向且共面力偶矩載荷疊加測(cè)量裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十三 個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同向且共面力偶矩載荷平衡測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果同向。按照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同向且共面力偶矩載荷平衡測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)Φ谝粋€(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果實(shí)現(xiàn)疊加測(cè)量。

圖2j顯示的是同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)同向轉(zhuǎn)矩載荷疊加測(cè)量裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)同向轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果同向。按照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)同向轉(zhuǎn)矩載荷平衡測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)Φ谝粋€(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果實(shí)現(xiàn)疊加測(cè)量。

該測(cè)量裝置充分利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，采用疊加測(cè)量方式對(duì)多個(gè)同向載荷實(shí)現(xiàn)精確疊加測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二十個(gè)實(shí)施方式，一種載荷發(fā)生或載荷變化控制裝置，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置、反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置以及同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷，請(qǐng)參閱圖2a、圖2d及圖2i。參照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(標(biāo)準(zhǔn)載荷)與第二個(gè)載荷204(標(biāo)準(zhǔn)載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，剛性載荷疊加器202的第三處承載部位III的承載單元與慣性參照系201之間將獲得新量值的載荷，且該載荷被所述力敏元件203測(cè)量。該裝置將能夠產(chǎn)生新量值的載荷或?qū)d荷變化實(shí)現(xiàn)精確控制。

圖2a顯示的是單一分量作用力載荷發(fā)生、控制裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的單一分量標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷。參照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線作用力載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)與第二個(gè)載荷204(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，剛性載荷疊加器202的第三處承載部位III的承載單元與慣性參照系201之間將獲得新量值的載荷206，且該新量值的載荷206被力敏元件203測(cè)量。該裝置將能夠產(chǎn)生新量值的載荷或?qū)d荷變化實(shí)現(xiàn)精確控制。

圖2d顯示的是平面力偶矩載荷發(fā)生、控制裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷。參照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向共面力偶矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷)與第二個(gè)載荷204(標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，剛性載荷疊加器202的第三處承載部位III的承載單元與慣性參照系201之間將獲得新量值的載荷206，且該新量值的載荷206被力敏元件203測(cè)量。該裝置將能夠產(chǎn)生新量值的載荷或?qū)d荷變化實(shí)現(xiàn)精確控制。

圖2i顯示的是平面轉(zhuǎn)矩載荷發(fā)生、控制裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041 對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷。參照本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)矩載荷相對(duì)變化測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷)與第二個(gè)載荷204(標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，剛性載荷疊加器202的第三處承載部位III的承載單元與慣性參照系201之間將獲得新量值的載荷206，且該新量值的載荷206被力敏元件203測(cè)量。該裝置將能夠產(chǎn)生新量值的載荷或?qū)d荷變化實(shí)現(xiàn)精確控制。

選擇與上述第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205更為接近的第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204，能夠在不降低測(cè)量精度的前提下得到更微小的載荷。

該裝置利用載荷平衡原理，采用無(wú)間隙控制方式，產(chǎn)生精準(zhǔn)且穩(wěn)定的微載荷，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)階段由于超微力值計(jì)量體系未建立而造成超微力值無(wú)法溯源的技術(shù)難題，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有微力發(fā)生裝置的補(bǔ)充，為超微力值提供一種量值溯源途徑，為研制超微力值計(jì)量?jī)x器裝備的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該載荷發(fā)生或載荷變化控制裝置可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二十一個(gè)實(shí)施方式，一種材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，請(qǐng)參閱圖4a至圖4d，該裝置包括本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的載荷平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于：剛性載荷疊加器402的第二處承載部位II的承載單元4011所承載的所述第二個(gè)載荷404包括受試材料416的內(nèi)力，剛性載荷疊加器402的第一處承載部位I的承載單元4011所承載的第一個(gè)載荷405包括由體力或面力形成的外部試驗(yàn)載荷，該外部試驗(yàn)載荷405使受試材料416產(chǎn)生內(nèi)力404。據(jù)胡克定理表述：固體材料受力之后，材料中的應(yīng)力與應(yīng)變(單位變形量)之間成線性關(guān)系，即在彈性極限范圍內(nèi)，材料的內(nèi)力與材料變形成正比；另根據(jù)彈性理論對(duì)材料內(nèi)力的描述：在外力作用下的物體發(fā)生變形，變形改變了分子間距，在物體內(nèi)形成一個(gè)隨變形而增大的附加內(nèi)力場(chǎng)，當(dāng)這個(gè)內(nèi)力場(chǎng)足以和外力相平衡時(shí)，變形不再繼續(xù)，物體達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)，若內(nèi)力場(chǎng)不能和外力相平衡，物體將進(jìn)一步變形從而尋求產(chǎn)生更大的內(nèi)力場(chǎng)，此時(shí)由慣性參照系向材料提供可被度量的作用力，以阻止其進(jìn)一步變形，根據(jù)載荷平衡原理，將能夠精確計(jì)算得出材料的內(nèi)力平衡狀況。試驗(yàn)之初，外部施載物體4051經(jīng)剛性載荷疊加器402向受試材料416施加外部試驗(yàn)載荷405，受試材料416發(fā)生變形，其內(nèi)部將產(chǎn)生抵抗受試材料416進(jìn)一步變形的材料內(nèi)力404，該材料內(nèi)力404將隨外力405的增大而增大。測(cè)量過(guò)程中受試材料416在當(dāng)前測(cè)量狀態(tài)下所能夠產(chǎn)生的最大內(nèi)力404若大于外部試驗(yàn)載荷405，受試材料416的變形將不再繼續(xù)，其產(chǎn)生的內(nèi)力404與所受外部試驗(yàn)載荷405達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)；若受試材料416所能夠產(chǎn)生的最大材料內(nèi)力404小于外部試驗(yàn)載荷405，受試材料416將進(jìn)一步變形或產(chǎn)生進(jìn)一步變形的趨勢(shì)，剛性載荷疊加器402因受到不平衡力作用，其也將產(chǎn)生位移或產(chǎn)生位移的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器402受力平衡，使受試材料416的變形不再繼續(xù)，由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的系統(tǒng)平衡力406及406`…，以阻止剛性載荷疊加器402產(chǎn)生位移，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406及406`…對(duì)受試材料416的作用效果相疊加；該系統(tǒng)平衡力406及406`…分別由剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III的承載單元4011承載，且系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化將被力敏元件403及403`…所測(cè)量。根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化能夠?qū)κ茉嚥牧?16的內(nèi)力平衡狀況實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，結(jié)合系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值和位置參數(shù)，該裝置還能夠精確計(jì)算出該受試材料416內(nèi)力的變化值。

對(duì)于測(cè)量中無(wú)法避免的測(cè)量系統(tǒng)附加載荷以及系統(tǒng)摩擦力，其將可以被視為第一、第二個(gè)載荷的一個(gè)分量參與系統(tǒng)平衡，因此本實(shí)施例將測(cè)量系統(tǒng)附加載荷和系統(tǒng)摩擦力對(duì)測(cè)量的影響也納入了平衡測(cè)量的范圍，從而將進(jìn)一步減小系統(tǒng)不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

圖4a顯示的是材料軸力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的示意圖，外部施載物體經(jīng)剛性載荷 疊加器402沿受試材料416的軸線向受試材料416施加軸向拉伸或軸向壓縮力405，受試材料416內(nèi)部將沿其軸線產(chǎn)生抵抗受試材料416進(jìn)一步變形的材料內(nèi)力-軸力404，所述軸向拉伸或軸向壓縮力405被剛性載荷疊加器402的第一處承載部位I的承載單元4011所承載，所述受試材料416的軸力404被剛性載荷疊加器402的第二處承載部位II的承載單元4011所承載。試驗(yàn)中，當(dāng)受試材料所能夠產(chǎn)生的最大軸力404小于軸向拉伸或軸向壓縮力405時(shí)，受試材料416自身將沿其軸向產(chǎn)生變形或產(chǎn)生變形的趨勢(shì)，剛性載荷疊加器402因受到不平衡共線力作用，其也將產(chǎn)生位移或產(chǎn)生位移的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器402受力平衡，使受試材料416的變形不再繼續(xù)，由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402第三處承載部位III提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的系統(tǒng)平衡力406及406`…，以阻止剛性載荷疊加器402產(chǎn)生位移，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406及406`…對(duì)受試材料416的作用效果相疊加；該系統(tǒng)平衡力406及406`…分別由剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III的承載單元4011承載，且系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化將被力敏元件403及403`…所測(cè)量。根據(jù)共線力系平衡的充要條件，系統(tǒng)平衡力406及406…的主失、受試材料416的軸力404以及軸向拉伸或軸向壓縮力405三者的代數(shù)和等于零，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值變化和位置參數(shù)，能夠精確測(cè)定受試材料416的軸力404與軸向拉伸或軸向壓縮力405的平衡狀況；并能夠精確測(cè)定受試材料416的軸力404的變化。參照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的反向且共線力平衡測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，按圖示位置進(jìn)行測(cè)量，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。

圖4b顯示的是材料剪力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的示意圖，外部施載物體經(jīng)剛性載荷疊加器402向受試材料416施加剪切力405，受試材料416內(nèi)部剪切截面上將產(chǎn)生抵抗受試材料416進(jìn)一步變形的材料內(nèi)力-剪力404，所述剪切力405被剛性載荷疊加器402的第一處承載部位I的承載單元4011所承載，所述受試材料416的剪力404被剛性載荷疊加器402的第二處承載部位II的承載單元4011所承載，且剪切力405與剪力404共面。試驗(yàn)中，當(dāng)受試材料416所能夠產(chǎn)生的最大剪力404小于剪切力405時(shí)，受試材料416將產(chǎn)生變形或產(chǎn)生變形的趨勢(shì)，剛性載荷疊加器402因受到不平衡平行力作用，其也將產(chǎn)生位移或產(chǎn)生位移的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器402受力平衡，使受試材料416的變形不再繼續(xù)，由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402第三處承載部位III提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的系統(tǒng)平衡力406及406`…，以阻止剛性載荷疊加器402產(chǎn)生位移，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406及406`…對(duì)受試材料416的作用效果相疊加；該系統(tǒng)平衡力406及406`…分別由剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III的承載單元4011承載，且系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化將被力敏元件403及403`…所測(cè)量。根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值變化和位置參數(shù)，能夠精確測(cè)定受試材料416的剪力404與剪切力405的平衡狀況；并能夠精確測(cè)定受試材料416剪力404的變化。參照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的力系簡(jiǎn)化調(diào)整方法，對(duì)剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III的各承載單元4011的承載位置和承載接觸面的角度以及系統(tǒng)平衡力的施載角度進(jìn)行簡(jiǎn)化調(diào)整，使系統(tǒng)平衡力406如圖中所示布置于剪切力405和剪力404合力的作用線上，將能夠保證剪切力405、剪力404以及系統(tǒng)平衡力406在力的作用面上力偶矩的代數(shù)和等于零，將有利于簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。

圖4c顯示的是受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的示意圖，外部施載物體經(jīng)剛性載荷疊加器402沿受試材料416的彎曲軸所在的平面向受試材料416施加外力偶405，其對(duì)受試材料416的作用效果是外力偶矩M405，受試材料416在外力偶矩M405作用下其內(nèi)部將產(chǎn)生抵抗受試材料416進(jìn)一步彎曲變形的材料內(nèi)力偶矩M404，所述外力偶矩M405被剛性載荷疊加器402的第一處承載部位I的承載單元4011所承載，所述受試材料416的內(nèi)力偶矩M404被剛性載荷疊加器402的第二處承載部位II的承載單元4011所承載，且外力偶矩M405與內(nèi)力偶矩M404共面。試驗(yàn)中，當(dāng)受試材料所能夠產(chǎn)生抵抗彎曲變形的最大內(nèi)力偶矩M404小于外力偶矩M405時(shí)，受試材料416將產(chǎn)生變形或產(chǎn)生變形的趨勢(shì)，剛性載荷疊加器402因受到不平衡 平面力偶矩作用，其也將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器402受力平衡，使受試材料416的變形不再繼續(xù)，由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的系統(tǒng)平衡力406及406`…，以阻止剛性載荷疊加器402產(chǎn)生位移，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406及406`…對(duì)受試材料416的作用效果相疊加；該系統(tǒng)平衡力406及406`…分別由剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III的承載單元4011承載，且系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化將被力敏元件403及403`…所測(cè)量。根據(jù)平面力偶系平衡的必要與充分條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用系統(tǒng)平衡力406的量值變化和位置參數(shù)，能夠精確測(cè)定受彎材料416的內(nèi)力偶矩404與外力偶矩405的平衡狀況；并能夠精確測(cè)定受試材料416的內(nèi)力偶矩404的變化。參照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的力系簡(jiǎn)化調(diào)整方法，對(duì)剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III的各承載單元4011的承載位置和承載接觸面的角度以及系統(tǒng)平衡力的施載角度進(jìn)行簡(jiǎn)化調(diào)整，使慣性參照系401所提供的系統(tǒng)平衡力406構(gòu)成的力矩如圖所示的布置于外力偶矩405和內(nèi)力偶矩404所在的平面內(nèi)，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算；附圖中還顯示了由單一分量系統(tǒng)平衡力406``使剛性載荷疊加器402平衡的實(shí)例，根據(jù)力線平移定理，單一分量系統(tǒng)平衡力406``能夠向剛性受試材料416的固定端平行移動(dòng)，系統(tǒng)平衡力406``對(duì)受試材料416的作用效果將被簡(jiǎn)化為M406``和R406``。調(diào)整外力偶矩405及系統(tǒng)平衡力406``的量值，使R406``對(duì)受試材料416的作用效果在平衡計(jì)算中達(dá)到可以忽略的地步，其作用將與向受試材料416提供一個(gè)外力偶矩M406的作用等效，將更便于簡(jiǎn)化測(cè)量操作。

圖4d顯示的是受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的示意圖，外部施載物體經(jīng)剛性載荷疊加器402沿垂直于受試材料416扭轉(zhuǎn)軸的平面向受試材料416施加外力偶405，其對(duì)受試材料416的作用效果是外力偶矩M405，受試材料416在外力偶矩M405作用下其內(nèi)部將產(chǎn)生抵抗受試材料416進(jìn)一步扭曲變形的材料內(nèi)力偶矩M404，所述外力偶矩M405被剛性載荷疊加器402的第一處承載部位I的承載單元4011所承載，所述受試材料416的內(nèi)力偶矩M404被剛性載荷疊加器402的第二處承載部位II的承載單元4011所承載，且外力偶矩M405所在的平面和內(nèi)力偶矩404所在的平面均垂直于受試材料416的扭轉(zhuǎn)軸。試驗(yàn)中，當(dāng)受試材料所能夠產(chǎn)生抵抗扭曲變形的最大內(nèi)力偶矩M404小于外力偶矩M405時(shí)，受試材料416將產(chǎn)生變形或產(chǎn)生變形的趨勢(shì)，剛性載荷疊加器402因受到不平衡空間力偶矩作用，其也將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器402受力平衡，使受試材料416的變形不再繼續(xù)，由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III提供一個(gè)或多個(gè)單一分量的系統(tǒng)平衡力406及406`…，以阻止剛性載荷疊加器402產(chǎn)生位移，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406及406`…對(duì)受試材料416的作用效果相疊加；該系統(tǒng)平衡力406及406`…分別由剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III的承載單元4011承載，且系統(tǒng)平衡力406及406`…的力值或力值變化將被力敏元件403及403`…所測(cè)量。根據(jù)空間力偶系平衡的必要與充分條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值變化和位置參數(shù)，能夠精確測(cè)定受試材料416的內(nèi)力偶矩404與外力偶矩405的平衡狀況；并能夠精確測(cè)定受試材料416的內(nèi)力偶矩404的變化。參照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的力系簡(jiǎn)化調(diào)整方法，對(duì)剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III的各承載單元4011的承載位置和承載接觸面的角度以及系統(tǒng)平衡力的施載角度進(jìn)行簡(jiǎn)化調(diào)整，使慣性參照系401所提供的系統(tǒng)平衡力406構(gòu)成的力矩如圖所示的布置于外力偶矩405和內(nèi)力偶矩404所在的平面內(nèi)，則會(huì)更有利于分析和計(jì)算。附圖中還顯示了由單一分量系統(tǒng)平衡力406``使剛性載荷疊加器402平衡的實(shí)例，根據(jù)力線平移定理，單一分量系統(tǒng)平衡力406``能夠向剛性受試材料416的扭轉(zhuǎn)軸平行移動(dòng)，系統(tǒng)平衡力406``對(duì)受試材料416的作用效果將被簡(jiǎn)化為M406``和R406``。調(diào)整外力偶矩405及系統(tǒng)平衡力406``的量值，使R406``對(duì)受試材料416的作用效果在平衡計(jì)算中達(dá)到可以忽略的地步，其作用將與向受試材料416提供一個(gè)外力偶矩M406的作用等效，將更便于簡(jiǎn)化測(cè)量操作。

實(shí)際測(cè)量中，剛性載荷疊加器還將承載更多的載荷，例如空氣浮力以及保持測(cè)量初始平衡 的載荷等，如何消除或修正其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，已被本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，不屬于本公開(kāi)所保護(hù)的范圍，故本公開(kāi)未對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

該裝置應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的載荷平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，將提供用于高度精確和靈敏的測(cè)量受試材料內(nèi)力與外部載荷的平衡狀況的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有全載荷、高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有同類測(cè)量無(wú)法對(duì)材料內(nèi)力平衡實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量的技術(shù)難題；由其派生的材料力學(xué)性能測(cè)量裝置還將在一定程度上解決諸如材料內(nèi)力測(cè)量、材料內(nèi)力松弛測(cè)量、材料楊氏模量測(cè)量以及材料變形與材料內(nèi)力單值函數(shù)關(guān)系測(cè)定等測(cè)量領(lǐng)域所遇到的技術(shù)難題，尤其是所公布的材料內(nèi)力測(cè)量裝置還將首次對(duì)材料軸力、受彎材料內(nèi)力偶矩以及受扭材料內(nèi)力偶矩實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有材料力學(xué)性能測(cè)量裝置的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)，期望該裝置能夠在材料力學(xué)性能測(cè)定、高精度測(cè)力傳感器的研發(fā)以及新材料研制過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用，期望能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置、新型力學(xué)測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二十二個(gè)實(shí)施方式，材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器在材料軸力測(cè)量中的應(yīng)用，請(qǐng)參閱圖4a，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于軸向拉伸或軸向壓縮力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，實(shí)際測(cè)量中軸向拉伸或軸向壓縮力405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。按照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)⑤S向拉伸或軸向壓縮力405的量值精確傳遞給受試材料416的軸力404，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料軸力的精確測(cè)量。

該測(cè)量充分利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，將首次實(shí)現(xiàn)對(duì)材料軸力的精確測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有力系性能測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)、彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠在材料力學(xué)性能測(cè)定、高精度測(cè)力傳感器的研發(fā)和新材料研制過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用，能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二十三個(gè)實(shí)施方式，材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器在材料剪力測(cè)量中的應(yīng)用，請(qǐng)參閱圖4b，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于剪切力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，實(shí)際測(cè)量中剪切力405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。按照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)⒓羟辛?05的量值精確傳遞給受試材料416的剪力404，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料剪力的精確測(cè)量。

該測(cè)量充分利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，將首次實(shí)現(xiàn)對(duì)材料剪力的精確測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有力系性能測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)、彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠在材料力學(xué)性能測(cè)定、高精度測(cè)力傳感器的研發(fā)和新材料研制過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用，能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二十四個(gè)實(shí)施方式，材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感 器在受彎材料內(nèi)力偶矩測(cè)量中的應(yīng)用，請(qǐng)參閱圖4c，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，實(shí)際測(cè)量中外力偶矩405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。按照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)⑼饬ε季?05的量值精確的傳遞給內(nèi)力偶矩404，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)受彎材料內(nèi)力偶矩404的精確測(cè)定。

該測(cè)量充分利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，將首次實(shí)現(xiàn)對(duì)受彎材料內(nèi)力偶矩的精確測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有力系性能測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)、彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠在材料力學(xué)性能測(cè)定、高精度測(cè)力傳感器的研發(fā)和新材料研制過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用，能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二十五個(gè)實(shí)施方式，材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器在受扭材料內(nèi)力偶矩測(cè)量中的應(yīng)用，請(qǐng)參閱圖4d，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，實(shí)際測(cè)量中外力偶矩405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。按照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，該裝置能夠?qū)⑼饬ε季?05的量值精確的傳遞給內(nèi)力偶矩404，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)受扭材料內(nèi)力偶矩的精確測(cè)定。

該測(cè)量充分利用現(xiàn)有檢測(cè)裝置小量程、高精度的測(cè)量特性，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，將首次實(shí)現(xiàn)對(duì)受扭材料內(nèi)力偶矩的精確測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有力系性能測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)、彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠在材料力學(xué)性能測(cè)定、高精度測(cè)力傳感器的研發(fā)和新材料研制過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用，能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二十六個(gè)實(shí)施方式，一種材料彈性模量測(cè)定裝置或材料軸力與材料軸向變形的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，請(qǐng)參閱圖4e，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于剛性載荷疊加器402將軸向拉伸或軸向壓縮力405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406、406`對(duì)受試材料416的作用效果相疊加之前，受試材料416在軸向拉伸或軸向壓縮力405作用下已產(chǎn)生可被度量的軸向變形δ，即試驗(yàn)之初在系統(tǒng)平衡力406、406`的施載面與剛性載荷疊加器402的承載面之間保留一定可被度量的間隙δ；且軸向拉伸或軸向壓縮力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，參照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，力敏元件403將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生軸向變形δ時(shí)系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值，根據(jù)共線力系平衡的充要條件，受試材料416的材料軸力404+軸向拉伸或軸向壓縮力405+系統(tǒng)平衡力406＝0，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生軸向變形δ時(shí)其所對(duì)應(yīng)的材料軸力404的量值。若應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的利用彈性測(cè)力傳感器測(cè)量直線位移的方法測(cè)量受試材料416的軸向變形δ和系統(tǒng)平衡力406，則本實(shí)施方式還將可以有多種拓展實(shí)例，例如，本實(shí)施例將包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，請(qǐng)參閱圖4a，其中軸向拉伸或軸向壓縮力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，力敏元件403包括彈性測(cè)力傳感器，該彈性測(cè)力傳感器受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系，按照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的 材料軸力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，該彈性測(cè)力傳感器將能夠?qū)崟r(shí)的精確測(cè)量系統(tǒng)平衡力406及406`…量值以及受試材料416軸向變形狀況，根據(jù)共線力系平衡的充要條件，受試材料416的材料軸力404+軸向拉伸或軸向壓縮力405+系統(tǒng)平衡力406＝0，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠?qū)κ茉嚥牧?16軸向變形δ與其軸力404的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。實(shí)際測(cè)量中軸向拉伸或軸向壓縮力405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷將能夠提高測(cè)量效率。根據(jù)材料楊氏模量公式E＝(F/S)/(dL/L)，其中F＝材料軸力404＝軸向拉伸或軸向壓縮力405-系統(tǒng)平衡力406、dL＝軸向變形δ、S＝原始截面積、L＝原始長(zhǎng)度，試驗(yàn)前精確測(cè)量受試材料416的原始長(zhǎng)度以及原始截面積，將能夠精確測(cè)定材料楊氏模量；另?yè)?jù)彈性假設(shè)描述，彈性體的變形與載荷在整個(gè)加卸載過(guò)程中存在一一對(duì)應(yīng)單值函數(shù)關(guān)系，因此利用該裝置能夠用實(shí)驗(yàn)的方法準(zhǔn)確驗(yàn)證彈性假設(shè)的正確性，繼而能夠?qū)Σ牧陷S力與材料軸向變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。

該裝置依據(jù)材料彈性假設(shè)和材料楊氏模量定義，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，用試驗(yàn)的方法對(duì)材料楊氏模量以及材料產(chǎn)生軸向變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的材料軸力實(shí)現(xiàn)精確測(cè)定，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服以往楊氏模量試驗(yàn)中試件斷后伸長(zhǎng)量的測(cè)量和引伸計(jì)標(biāo)距引起的不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響；其還將在一定程度上解決用試驗(yàn)的方法對(duì)彈性假設(shè)正確性加以驗(yàn)證以及精確測(cè)量材料軸力與材料軸向變形的單值函數(shù)關(guān)系的技術(shù)難題；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有材料楊氏彈性模量測(cè)定以及材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠?yàn)榻⒉牧蟽?nèi)力與變形間單值函數(shù)關(guān)系提供準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量依據(jù)；期望在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、全量程測(cè)力稱重傳感器以及位移傳感器的研發(fā)與標(biāo)定中得到廣泛的應(yīng)用，期望能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路；該材料彈性模量測(cè)定裝置或材料軸力與材料軸向變形的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二十七個(gè)實(shí)施方式，一種材料抗剪性能測(cè)定裝置或材料剪力與材料受剪變形的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，請(qǐng)參閱圖4f，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于，剛性載荷疊加器402將剪切力405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406、406`對(duì)受試材料416的作用效果相疊加之前，受試材料416在剪切力405作用下已產(chǎn)生可被度量的剪切變形δ，即試驗(yàn)之初在系統(tǒng)平衡力406、406`的施載面與剛性載荷疊加器402的承載面之間保留一定可被度量的間隙δ；且剪切力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，參照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，力敏元件403將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生剪切變形δ時(shí)系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生剪切變形δ時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的材料剪力404的量值。若應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的利用彈性測(cè)力傳感器測(cè)量直線位移的方法測(cè)量受試材料416的剪切變形和系統(tǒng)平衡力406，則本實(shí)施方式還將可以有多種拓展實(shí)例，例如，本實(shí)施例將包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，請(qǐng)參閱圖4b，其中剪切力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，力敏元件403包括彈性測(cè)力傳感器，該彈性測(cè)力傳感器受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系，按照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，該彈性測(cè)力傳感器將能夠?qū)崟r(shí)的精確測(cè)量系統(tǒng)平衡力406及406`…量值以及受試材料416剪切變形狀況，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠?qū)κ茉嚥牧?16剪切變形δ與其剪力404的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。實(shí)際測(cè)量中剪切力405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。另?yè)?jù)彈性假設(shè)描述，彈性體的變形與載荷在整個(gè)加卸載過(guò)程中存在一一對(duì)應(yīng)單值函數(shù)關(guān)系，因此利用該裝置能夠用實(shí)驗(yàn)的方法準(zhǔn)確驗(yàn)證彈性假設(shè)的 正確性，繼而能夠?qū)Σ牧霞袅εc材料剪切變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。

利用該裝置能夠?qū)Σ牧袭a(chǎn)生剪切變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的剪力實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，繼而能夠?qū)Σ牧霞袅εc材料剪切變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)難于用試驗(yàn)的方法對(duì)彈性假設(shè)正確性加以驗(yàn)證以及無(wú)法精確測(cè)定材料剪力與材料剪切變形單值函數(shù)關(guān)系的技術(shù)難題；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠?yàn)榻⒉牧蟽?nèi)力與變形間單值函數(shù)關(guān)系提供準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量依據(jù)；期望在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、全量程測(cè)力稱重傳感器以及位移傳感器的研發(fā)與標(biāo)定中得到廣泛的應(yīng)用，期望能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路；該材料抗剪性能測(cè)定裝置或材料剪力與材料受剪變形的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二十八個(gè)實(shí)施方式，一種材料抗彎性能測(cè)定裝置或受彎材料內(nèi)力偶矩與材料受彎變形的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，請(qǐng)參閱圖4g，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于，剛性載荷疊加器402將外力偶矩405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406、406`對(duì)受試材料416的作用效果相疊加之前，受試材料416在外力偶矩405作用下已產(chǎn)生可被度量的彎曲變形δ，即試驗(yàn)之初在系統(tǒng)平衡力406、406`的施載面與剛性載荷疊加器402的承載面之間保留一定可被度量的間隙δ；且外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，參照本發(fā)明二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，力敏元件403將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生彎曲變形δ時(shí)系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生彎曲變形δ時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的受彎材料內(nèi)力偶矩404的量值。若應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的利用彈性測(cè)力傳感器測(cè)量直線位移的方法測(cè)量受試材料416變形和系統(tǒng)平衡力406，則本實(shí)施方式還將可以有多種拓展實(shí)例，例如，本實(shí)施例將包括本發(fā)明二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，請(qǐng)參閱圖4c，其中，外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，力敏元件403包括彈性測(cè)力傳感器，該彈性測(cè)力傳感器受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系，按照本發(fā)明二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，該彈性測(cè)力傳感器將能夠?qū)崟r(shí)的精確測(cè)量系統(tǒng)平衡力406及406`…量值以及受試材料416彎曲變形狀況，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠?qū)κ茉嚥牧?16彎曲變形δ與受彎材料內(nèi)力偶矩404的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。實(shí)際測(cè)量中外力偶矩405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。另?yè)?jù)彈性假設(shè)描述，彈性體的變形與載荷在整個(gè)加卸載過(guò)程中存在一一對(duì)應(yīng)單值函數(shù)關(guān)系，因此利用該裝置能夠用實(shí)驗(yàn)的方法準(zhǔn)確驗(yàn)證彈性假設(shè)的正確性，繼而能夠?qū)Σ牧峡箯潈?nèi)力偶矩與材料彎曲變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。

利用該裝置能夠?qū)Σ牧袭a(chǎn)生彎曲變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的所述內(nèi)力偶矩實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，繼而能夠?qū)Σ牧峡箯潈?nèi)力偶矩與材料彎曲變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)難于用試驗(yàn)的方法對(duì)彈性假設(shè)正確性加以驗(yàn)證以及無(wú)法精確測(cè)定受彎材料內(nèi)力偶矩與材料受彎變形單值函數(shù)關(guān)系的技術(shù)難題。根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠?yàn)榻⒉牧蟽?nèi)力與變形間單值函數(shù)關(guān)系提供準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量依據(jù)；期望在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、全量程測(cè)力稱重傳感器以及位移傳感器的研發(fā)與標(biāo)定中得到廣泛的應(yīng)用；期望能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路；該材料抗彎性能測(cè)定裝置或受彎材料內(nèi)力偶矩與材料受彎變形的測(cè)量裝置或 測(cè)量傳感器可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第二十九個(gè)實(shí)施方式，一種材料抗扭性能測(cè)定裝置或受扭材料內(nèi)力偶矩與材料受扭變形的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，請(qǐng)參閱圖4h，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于，剛性載荷疊加器402將外力偶矩405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406、406`對(duì)受試材料416的作用效果相疊加之前，受試材料416在外力偶矩405作用下已產(chǎn)生一定角度的扭轉(zhuǎn)變形α，該受扭變形的角度α能夠被測(cè)量；且外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，參照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，力敏元件403將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形α?xí)r系統(tǒng)平衡力406及406`…的量值，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠精確測(cè)量受試材料416產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形α?xí)r，其所對(duì)應(yīng)的受扭材料內(nèi)力偶矩404的量值。若應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的利用彈性測(cè)力傳感器測(cè)量直線位移的方法測(cè)量受試材料416變形和系統(tǒng)平衡力406，則本實(shí)施方式還將可以有多種拓展實(shí)例，例如，本實(shí)施例將包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，請(qǐng)參閱圖4d，其中，外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，力敏元件403包括彈性測(cè)力傳感器，該彈性測(cè)力傳感器受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系，按照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟和力系的簡(jiǎn)化方法實(shí)施測(cè)量，該彈性測(cè)力傳感器將能夠?qū)崟r(shí)的精確測(cè)量系統(tǒng)平衡力406及406`…量值以及受試材料416扭曲變形狀況，根據(jù)力系平衡的充要條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員運(yùn)用該裝置將能夠?qū)κ茉嚥牧?16扭曲變形α與受扭材料內(nèi)力偶矩404的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。實(shí)際測(cè)量中外力偶矩405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。另?yè)?jù)彈性假設(shè)描述，彈性體的變形與載荷在整個(gè)加卸載過(guò)程中存在一一對(duì)應(yīng)單值函數(shù)關(guān)系，因此利用該裝置能夠用實(shí)驗(yàn)的方法準(zhǔn)確驗(yàn)證彈性假設(shè)的正確性，繼而能夠?qū)Σ牧峡古?nèi)力偶矩與材料扭曲變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。

利用該裝置能夠?qū)Σ牧袭a(chǎn)生扭曲變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的所述內(nèi)力偶矩實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，繼而能夠?qū)Σ牧峡古?nèi)力偶矩與材料扭曲變形的單值函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)難于用試驗(yàn)的方法對(duì)彈性假設(shè)正確性加以驗(yàn)證以及無(wú)法精確測(cè)定受扭材料內(nèi)力偶矩與材料受扭變形單值函數(shù)關(guān)系的技術(shù)難題。根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的補(bǔ)充，為材料力學(xué)以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置能夠?yàn)榻⒉牧蟽?nèi)力與變形間單值函數(shù)關(guān)系提供準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量依據(jù)；期望在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、全量程測(cè)力稱重傳感器以及位移傳感器的研發(fā)與標(biāo)定中得到廣泛的應(yīng)用；期望能夠?yàn)椴牧狭W(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、力學(xué)計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備、新型極限力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、專用測(cè)量裝置以及高精度、全量程測(cè)力稱重傳感器的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路；該材料抗扭性能測(cè)定裝置或受扭材料內(nèi)力偶矩與材料受扭變形的測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第三十個(gè)實(shí)施方式，材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器在材料軸力松弛測(cè)量中的應(yīng)用，請(qǐng)參閱圖4a，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于，力敏元件403為非彈性力敏元件，且軸向拉伸或軸向壓縮力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，實(shí)際測(cè)量中軸向拉伸或軸向壓縮力405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。參照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料軸力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，將外部施載物體沿受試材料416的軸線經(jīng)剛性載荷疊加器402向受試材料416軸向施加標(biāo)準(zhǔn)載荷405，對(duì)受試材料416在正常環(huán)境或極端環(huán)境下進(jìn)行軸力松弛試驗(yàn)，據(jù)《金屬材料拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法》GB/T10120-2013描述，恒溫條件下受試材料416受恒定載荷作用，受試材料416將出現(xiàn)軸力松弛現(xiàn)象，受試材料416的內(nèi)力將會(huì)減小，其將產(chǎn)生拉伸或壓縮變形的趨勢(shì)，此時(shí)由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402提供系統(tǒng)平衡力406，以阻止受試材料416產(chǎn)生進(jìn)一步變形，即 剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406對(duì)受試材料416的作用效果相疊加，且系統(tǒng)平衡力406的力值或力值變化將被力敏元件403所測(cè)量，根據(jù)共線力系平衡的充要條件，系統(tǒng)平衡力406的主失、軸力404以及軸向拉伸或軸向壓縮力405三者的代數(shù)和等于零，該裝置通過(guò)系統(tǒng)平衡力406的力值或力值變化能夠?qū)κ茉嚥牧?16的軸力404的松弛現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。由于該類松弛試驗(yàn)大多是在極端試驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行，可以采取一些阻斷措施減少試驗(yàn)環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響，也可將慣性參照系401、力敏元件403以及剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III設(shè)置于遠(yuǎn)離試驗(yàn)環(huán)境的一端進(jìn)行測(cè)試。

該裝置依據(jù)材料應(yīng)力松弛試驗(yàn)定義，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，從材料內(nèi)力的視角，提出一種精確測(cè)量材料軸力松弛的方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，該裝置還在一定程度上能夠克服極端試驗(yàn)環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有應(yīng)力松弛試驗(yàn)的補(bǔ)充，為材料內(nèi)力松弛、材料蠕變以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、極端條件下材料的力學(xué)性能測(cè)試以及極端條件下結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用，該材料軸力松弛測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第三十一個(gè)實(shí)施方式，材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器在材料剪力松弛測(cè)量中的應(yīng)用，請(qǐng)參閱圖4b，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于，力敏元件403為非彈性力敏元件，且剪切力405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，實(shí)際測(cè)量中剪切力405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。參照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的材料剪力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，將外部施載物體經(jīng)剛性載荷疊加器402向受試材料416施加剪切力405，對(duì)受試材料416在正常環(huán)境或極端環(huán)境下進(jìn)行剪力松弛試驗(yàn)，據(jù)《金屬材料拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法》GB/T10120-2013描述，恒溫條件下受試材料416受恒定載荷作用，受試材料416將出現(xiàn)剪力松弛現(xiàn)象，受試材料416的內(nèi)力將會(huì)減小，其將產(chǎn)生剪切變形的趨勢(shì)，此時(shí)由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402提供系統(tǒng)平衡力406，以阻止受試材料416產(chǎn)生進(jìn)一步變形，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406對(duì)受試材料416的作用效果相疊加，且系統(tǒng)平衡力406的力值或力值變化將被力敏元件403所測(cè)量，根據(jù)平面平行力系平衡的充要條件，力系的主失和主矩的代數(shù)和均為零，該裝置通過(guò)系統(tǒng)平衡力406的力值或力值變化能夠?qū)κ茉嚥牧?16的剪力404的松弛現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。由于該類松弛試驗(yàn)大多是在極端試驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行，可以采取一些阻斷措施減少試驗(yàn)環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響，也可將慣性參照系401、力敏元件403以及剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III設(shè)置于遠(yuǎn)離試驗(yàn)環(huán)境的一端進(jìn)行測(cè)試。

該裝置依據(jù)材料應(yīng)力松弛試驗(yàn)定義，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，從材料內(nèi)力的視角，提出一種精確測(cè)量材料剪力松弛的方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，該裝置還在一定程度上能夠克服極端試驗(yàn)環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有應(yīng)力松弛試驗(yàn)的補(bǔ)充，為材料內(nèi)力松弛、材料蠕變以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、極端條件下材料的力學(xué)性能測(cè)試以及極端條件下結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用，該材料剪力松弛測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第三十二個(gè)實(shí)施方式，材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器在受彎材料內(nèi)力偶矩松弛測(cè)量中的應(yīng)用，請(qǐng)參閱圖4c，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于，力敏元件403為非彈性力敏元件，且外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，實(shí)際測(cè)量中外力偶矩405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。參照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受彎材料 內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，將外部施載物體經(jīng)剛性載荷疊加器402沿受試材料416的彎曲軸所在的平面向受試材料416施加外力偶矩405，對(duì)受試材料416在正常環(huán)境或極端環(huán)境下進(jìn)行受彎材料內(nèi)力偶矩松弛試驗(yàn)，據(jù)《金屬材料拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法》GB/T10120-2013描述，恒溫條件下受試材料416受恒定載荷作用，受試材料416將出現(xiàn)受彎材料內(nèi)力偶矩松弛現(xiàn)象，受試材料416的內(nèi)力將會(huì)減小，其將產(chǎn)生彎曲變形的趨勢(shì)，此時(shí)由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402提供由系統(tǒng)平衡力406、406`構(gòu)成的力偶矩，以阻止受試材料416產(chǎn)生進(jìn)一步變形，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406、406`對(duì)受試材料416的作用效果相疊加，且系統(tǒng)平衡力406、406`的力值或力值變化將被力敏元件403所測(cè)量，根據(jù)平面力偶系平衡的必要與充分條件，各力偶矩的代數(shù)和為零，該裝置通過(guò)系統(tǒng)平衡力406、406`的力值或力值變化能夠?qū)κ茉嚥牧?16的內(nèi)力偶矩404(彎矩)的松弛現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。由于該類松弛試驗(yàn)大多是在極端試驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行，可以采取一些阻斷措施減少試驗(yàn)環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響，也可將慣性參照系401、力敏元件403以及剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III設(shè)置于遠(yuǎn)離試驗(yàn)環(huán)境的一端進(jìn)行測(cè)試。

該裝置依據(jù)材料應(yīng)力松弛試驗(yàn)定義，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，從材料內(nèi)力的視角，提出一種精確測(cè)量受彎材料內(nèi)力偶矩松弛的方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，該裝置還在一定程度上能夠克服極端試驗(yàn)環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有應(yīng)力松弛試驗(yàn)的補(bǔ)充，為材料內(nèi)力松弛、材料蠕變以及彈性理論的研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、極端條件下材料的力學(xué)性能測(cè)試以及極端條件下結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用，該受彎材料內(nèi)力偶矩松弛測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第三十三個(gè)實(shí)施方式，材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器在受扭材料內(nèi)力偶矩松弛測(cè)量中的應(yīng)用，請(qǐng)參閱圖4d，該裝置包括本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于，力敏元件403為非彈性力敏元件，且外力偶矩405包括標(biāo)準(zhǔn)載荷，實(shí)際測(cè)量中外力偶矩405選用可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷則能夠提高測(cè)量效率。參照本發(fā)明第二十一個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的受扭材料內(nèi)力偶矩平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，將外部施載物體經(jīng)剛性載荷疊加器402沿垂直于受試材料416扭轉(zhuǎn)軸的平面向受試材料416施加外力偶矩405，對(duì)受試材料416在正常環(huán)境或極端環(huán)境下進(jìn)行受扭材料內(nèi)力偶矩松弛試驗(yàn)，據(jù)《金屬材料拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法》GB/T10120-2013描述，恒溫條件下受試材料416受恒定載荷作用，受試材料416將出現(xiàn)受扭材料內(nèi)力偶矩松弛現(xiàn)象，受試材料416的內(nèi)力將會(huì)減小，其將產(chǎn)生扭曲變形的趨勢(shì)，此時(shí)由慣性參照系401向剛性載荷疊加器402提供由系統(tǒng)平衡力406、406`構(gòu)成的力偶矩，以阻止受試材料416產(chǎn)生進(jìn)一步變形，即剛性載荷疊加器402將外部試驗(yàn)載荷405對(duì)受試材料416的作用效果與慣性參照系401提供的系統(tǒng)平衡力406、406`對(duì)受試材料416的作用效果相疊加，且系統(tǒng)平衡力406、406`的力值或力值變化將被力敏元件403所測(cè)量，根據(jù)空間力偶系平衡的必要與充分條件，其合力偶矩失等于零，該裝置通過(guò)系統(tǒng)平衡力406、406`的力值或力值變化能夠?qū)κ茉嚥牧?16的內(nèi)力偶矩404(扭矩)的松弛現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。由于該類松弛試驗(yàn)大多是在極端試驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行，可以采取一些阻斷措施減少試驗(yàn)環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響，也可將慣性參照系401、力敏元件403以及剛性載荷疊加器402的第三處承載部位III設(shè)置于遠(yuǎn)離試驗(yàn)環(huán)境的一端進(jìn)行測(cè)試。

該裝置依據(jù)材料應(yīng)力松弛試驗(yàn)定義，應(yīng)用本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，從材料內(nèi)力的視角，提出一種精確測(cè)量受扭材料內(nèi)力偶矩松弛的方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高精度以及高分辨率的測(cè)量特性，該裝置還在一定程度上能夠克服極端試驗(yàn)環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有應(yīng)力松弛試驗(yàn)的補(bǔ)充，為材料內(nèi)力松弛、材料蠕變以及彈性理論的研究 提供可靠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)；期望該裝置在材料力學(xué)性能測(cè)定、新材料研制、極端條件下材料的力學(xué)性能測(cè)試以及極端條件下結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用，該受扭材料內(nèi)力偶矩松弛測(cè)量可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第三十四個(gè)實(shí)施方式，一種微動(dòng)測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，該裝置包括本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的載荷平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于力敏元件203包括彈性力敏元件，且彈性力敏元件203串接于慣性參照系201與剛性載荷疊加器202之間，用于感知并測(cè)定慣性參照系201和剛性載荷疊加器202之間的距離及距離變化，圖2a、圖2b顯示的是直線位移測(cè)量裝置的示意圖，圖2c顯示的是平面平移測(cè)量裝置的示意圖，圖2d、圖2e顯示的是平面內(nèi)無(wú)回轉(zhuǎn)軸的角位移測(cè)量裝置的示意圖，圖2f、圖2g及圖2h顯示的是平面微動(dòng)測(cè)量裝置的示意圖，圖2i、圖2j顯示的是平面內(nèi)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移測(cè)量裝置的示意圖，圖2k、圖2l則顯示的是空間內(nèi)微動(dòng)測(cè)量裝置的示意圖。

對(duì)于測(cè)量中無(wú)法避免的測(cè)量系統(tǒng)附加載荷以及系統(tǒng)摩擦力，其將可以被視為第一、第二個(gè)載荷的一個(gè)分量參與系統(tǒng)平衡，因此本實(shí)施例將測(cè)量系統(tǒng)附加載荷和系統(tǒng)摩擦力對(duì)測(cè)量的影響也納入了平衡測(cè)量的范圍，從而將進(jìn)一步減小系統(tǒng)不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

試驗(yàn)中第一個(gè)施載物體2051與第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202作用效果的任何變動(dòng)都將改變剛性載荷疊加器202的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其將引起剛性載荷疊加器202與慣性參照系201之間的間距發(fā)生變化，從而使串接于慣性參照系201與剛性載荷疊加器202之間的彈性力敏元件203受到拉伸或擠壓產(chǎn)生彈性變形，彈性力敏元件203在受力方向上的邊界變形量與剛性載荷疊加器202的位移變化量以及施載物體的位移變化量相等。在圖中顯示的布置中，剛性載荷疊加器202在施載物體作用下自身產(chǎn)生微動(dòng)，其還包括連接于微動(dòng)部件實(shí)施的測(cè)量，參照本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的載荷平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，使彈性力敏元件203的測(cè)量軸線與剛性載荷疊加器202的運(yùn)動(dòng)軸線重合，如圖中所示，則會(huì)提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。另?yè)?jù)本發(fā)明所公布的材料內(nèi)力與材料受力變形的標(biāo)定方法所測(cè)定的材料受力與變形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便能夠通過(guò)系統(tǒng)平衡力206的量值及量值變化，準(zhǔn)確的測(cè)定出剛性載荷疊加器202的位移及位移變化量。

實(shí)際測(cè)量中，剛性載荷疊加器還將承載更多的載荷，例如空氣浮力以及保持測(cè)量初始平衡的載荷等，如何消除或修正其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，已被本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，不屬于本公開(kāi)所保護(hù)的范圍，故本公開(kāi)未對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

該裝置依據(jù)彈性力敏元件受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系的特性，應(yīng)用本發(fā)明所公布的載荷平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，采用接觸式測(cè)量方式，將提供用于高度精確和靈敏的測(cè)量微位移的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高位移分辨率、高重復(fù)精度以及多維度測(cè)量的特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)微動(dòng)實(shí)現(xiàn)高精度、高分辨率測(cè)量的技術(shù)難題；由其派生的微動(dòng)控制裝置和精確定位、控制裝置還將在一定程度上解決諸如精確定位控制等測(cè)量控制領(lǐng)域的技術(shù)難題；根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有微位移測(cè)量控制技術(shù)的補(bǔ)充，在精密機(jī)械加工以及裝備總成后的性能測(cè)試中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)槲?dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)、微動(dòng)控制機(jī)構(gòu)以及精確定位機(jī)構(gòu)的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該微動(dòng)測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第三十五個(gè)實(shí)施方式，彈性測(cè)力傳感器在直線位移測(cè)量中的應(yīng)用，該裝置包括本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的微動(dòng)測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于剛性載荷疊加器302包括產(chǎn)生直線位移的受測(cè)部件，力敏元件303包括基體為彈性材料的測(cè)力傳感器-彈性測(cè)力傳感器，且彈性測(cè)力傳感器303串接于慣性參照系301與受測(cè)部件302之間，用于感知并測(cè)定慣性參照系301和受測(cè)部件302之間的距離及距離變化。將本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的直線位移測(cè)量裝置進(jìn)一步變形，使之成為圖3b所示的測(cè)量形式，于是產(chǎn)生了彈性測(cè)力傳感器在直線位移測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例，試驗(yàn)中，受測(cè)部件302在其內(nèi)部載荷作用下產(chǎn)生直線位移，其將改變與慣性參照系301之間的間距，從而使串接于慣性參照系301與受測(cè)部件302之間的彈性測(cè)力傳感器303受到拉伸或擠壓產(chǎn)生彈性變形，彈性 測(cè)力傳感器303在受力方向上的邊界變形量與受測(cè)部件302的位移變化量相等。參照本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的直線位移測(cè)量裝置的測(cè)量步驟以及力系的簡(jiǎn)化方法，使彈性測(cè)力傳感器303的測(cè)量軸線與受測(cè)部件302的運(yùn)動(dòng)軸線重合，如圖中所示，則會(huì)提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。另?yè)?jù)本發(fā)明所公布的材料內(nèi)力與材料受力變形的標(biāo)定方法所測(cè)定的材料受力與變形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便能夠通過(guò)系統(tǒng)平衡力306的量值及量值變化，準(zhǔn)確的測(cè)定出受測(cè)部件302的位移及位移變化量。該測(cè)量還包括剛性載荷疊加器302連接于微動(dòng)受測(cè)部件所實(shí)施的直線位移測(cè)量。

本實(shí)施方式依據(jù)彈性力敏元件受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系的特性，利用現(xiàn)有彈性測(cè)力傳感器小量程、高精度的測(cè)量特性，采用接觸式測(cè)量方式對(duì)受測(cè)部件的直線位移實(shí)現(xiàn)精確測(cè)定，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中難于對(duì)微動(dòng)實(shí)施高精度、高分辨率測(cè)量的技術(shù)難題，較現(xiàn)有光學(xué)干涉測(cè)量以及電測(cè)法測(cè)量微位移裝置具有測(cè)量簡(jiǎn)單、易于實(shí)施、高靈敏度、高分辨率的測(cè)量特點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第三十六個(gè)實(shí)施方式，一種微動(dòng)控制裝置，該裝置包括本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的微動(dòng)測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)載荷，請(qǐng)參閱圖2a至2l。參照本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(標(biāo)準(zhǔn)載荷)與第二個(gè)載荷204(標(biāo)準(zhǔn)載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，剛性載荷疊加器202將產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，且該運(yùn)動(dòng)將被彈性力敏元件203所測(cè)定。

圖2a、圖2b顯示的是直線位移控制裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的直線位移測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的單一分量標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷。參照本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的直線位移測(cè)量裝置的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)與第二個(gè)載荷204(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，致使剛性載荷疊加器202產(chǎn)生位移，且該位移被所述彈性力敏元件203測(cè)定。若第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)直線位移的控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)載荷205量值更為接近的第二個(gè)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)直線微位移的精確控制。該裝置能夠精確控制剛性載荷疊加器202的直線位移。

圖2c顯示的是平面位移控制裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面平移測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的單一分量標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷。參照本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面平移測(cè)量裝置的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)與第二個(gè)載荷204(單一分量的標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷)的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，致使剛性載荷疊加器202產(chǎn)生位移，且該位移被所述彈性力敏元件203測(cè)定。該裝置能夠精確控制剛性載荷疊加器202的平面位移。

圖2d、圖2e顯示的是平面內(nèi)無(wú)回轉(zhuǎn)軸的角位移控制裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面內(nèi)無(wú)回轉(zhuǎn)軸的角位移測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷。參照本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面內(nèi)無(wú)回轉(zhuǎn)軸的角位移測(cè)量裝置的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，致使剛性載荷疊加器202產(chǎn)生角位移，且該位移被所 述彈性力敏元件203測(cè)定。若第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)角位移的控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)載荷205量值更為接近的第二個(gè)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)成角度的微位移實(shí)現(xiàn)精確控制。該裝置能夠精確控制剛性載荷疊加器202的角位移。

圖2f、圖2g及圖2h顯示的是平面微動(dòng)控制裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面微動(dòng)測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的單一分量標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷或標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷。參照本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面微動(dòng)測(cè)量裝置的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，致使剛性載荷疊加器202產(chǎn)生微動(dòng)，且該位移被所述彈性力敏元件203測(cè)定。該裝置能夠精確控制剛性載荷疊加器202的平面微動(dòng)。

圖2i、圖2j顯示的是平面內(nèi)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移控制裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面內(nèi)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩載荷。參照本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的平面內(nèi)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移測(cè)量裝置的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，致使剛性載荷疊加器202繞回轉(zhuǎn)中心O產(chǎn)生角位移，且該位移被所述彈性力敏元件203測(cè)定。若第一個(gè)載荷205與第二個(gè)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)載荷205量值更為接近的第二個(gè)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)成角度的微位移實(shí)現(xiàn)精確控制。該裝置能夠精確控制剛性載荷疊加器202的角位移。

圖2k、圖2l顯示的是空間內(nèi)微動(dòng)控制裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述的空間內(nèi)微動(dòng)測(cè)量裝置，其不同之處在于第一個(gè)施載物體2051對(duì)所述剛性載荷疊加器202的作用效果(第一個(gè)載荷205)和第二個(gè)施載物體2041對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果(第二個(gè)載荷204)包括可調(diào)整的單一分量標(biāo)準(zhǔn)作用力載荷或標(biāo)準(zhǔn)力偶矩載荷。參照本發(fā)明第三十四個(gè)實(shí)施方式中所詳細(xì)描述空間內(nèi)微動(dòng)測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，調(diào)整第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)剛性載荷疊加器202以及與其固定連接部件在平面內(nèi)或空間內(nèi)微動(dòng)的控制。

該裝置利用載荷平衡原理，應(yīng)用本發(fā)明所公布的載荷平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，采用無(wú)間隙控制方式，對(duì)微動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確控制和測(cè)量，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高位移分辨率、高重復(fù)精度以及多維度測(cè)量控制的特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有微位移系統(tǒng)的不確定性對(duì)微動(dòng)控制造成影響的技術(shù)難題，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有微動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的補(bǔ)充，在精密機(jī)械加工以及裝備總成后的性能測(cè)試中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)槲?dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)、微動(dòng)控制機(jī)構(gòu)以及精確定位機(jī)構(gòu)的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該微動(dòng)控制裝置可能涉及國(guó)家重大利益。

根據(jù)本發(fā)明的載荷平衡測(cè)量的第三十七個(gè)實(shí)施方式，一種精確定位控制裝置，該裝置包括本發(fā)明第三十六個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的微動(dòng)控制裝置，其不同之處在于：預(yù)先設(shè)定剛性載荷疊加器202處于最終位置時(shí)彈性力敏元件203的受力狀況。根據(jù)本發(fā)明所公開(kāi)的材料內(nèi)力與材料受力變形的標(biāo)定方法所測(cè)定的材料受力與變形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，能夠通過(guò)彈性力敏元件203的受力狀況判斷剛性載荷疊加器202所處的位置與設(shè)定位置的偏差。參照本發(fā)明第三十六個(gè)實(shí)施方式所詳細(xì)描述的微動(dòng)控制裝置的測(cè)量步驟、力系的簡(jiǎn)化以及彈性力敏元件203的設(shè)置方法，控制、調(diào)整第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204的量值，或?qū)Χ叩牧恐捣謩e調(diào)整，使彈性力敏元件203的受力狀況達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)剛性載荷疊加器202精確定位的目 的。圖2a、圖2b顯示的是直線位移定位控制裝置的示意圖，若第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)直線位移的定位控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205量值更為接近的第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)直線微位移的精確定位控制。圖2c顯示的是平面位移定位控制裝置的示意圖，圖2d、e顯示的是無(wú)固定回轉(zhuǎn)中心的角位移定位控制裝置的示意圖，若第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)角位移的定位控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205量值更為接近的第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)成角度的微位移實(shí)現(xiàn)精確定位控制。圖2f、圖2g及圖2h顯示的是平面微動(dòng)定位控制裝置的示意圖。圖2i、圖2j顯示的是有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移定位控制裝置的示意圖，若第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205與第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204對(duì)剛性載荷疊加器202的作用效果互為反向，則更有利于對(duì)有固定回轉(zhuǎn)中心的角位移實(shí)現(xiàn)定位控制，在此條件下若選擇與第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷205量值更為接近的第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷204進(jìn)行調(diào)整，將更有利于對(duì)成角度的微位移實(shí)現(xiàn)精確定位控制。圖2k、圖2l顯示的是空間內(nèi)微動(dòng)定位控制裝置的示意圖。

該裝置依據(jù)彈性力敏元件受力與變形具有單值函數(shù)關(guān)系的特性，應(yīng)用本發(fā)明所公布的載荷平衡測(cè)量裝置或測(cè)量傳感器，采用無(wú)間隙控制方式，實(shí)現(xiàn)精確控制定位，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速、分析簡(jiǎn)便且測(cè)量性能可靠，較已公知的該類技術(shù)具有高位移分辨率、高重復(fù)精度以及多維度測(cè)量控制的特性，其至少在一定程度上能夠克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確定位的技術(shù)難題，根據(jù)本發(fā)明制作的裝置期望能夠成為現(xiàn)有精確定位裝置的補(bǔ)充，在精密機(jī)械加工以及裝備總成后的性能測(cè)試中得到廣泛的應(yīng)用，期望該裝置能夠?yàn)槲?dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)、微動(dòng)控制機(jī)構(gòu)以及精確定位機(jī)構(gòu)的研發(fā)提供一條全新的設(shè)計(jì)思路，該精確定位控制裝置可能涉及國(guó)家重大利益。

現(xiàn)在對(duì)剛性載荷疊加器102的承載單元1011的局部受力狀況及其受力的簡(jiǎn)化調(diào)整做詳細(xì)的說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖1e，本發(fā)明所述的施載物體以及慣性參照系對(duì)剛性載荷疊加器的單一分量作用力載荷112可以是以任意一個(gè)角度作用于承載單元1011，由于摩擦力的作用，其將沿承載接觸面法線方向和切線方向?qū)傂暂d荷疊加器102產(chǎn)生112`和112``兩個(gè)分量的作用效果，該施載方式雖然操作簡(jiǎn)便，但會(huì)使力系分析計(jì)算變得更為復(fù)雜。實(shí)際測(cè)量中，若對(duì)單一分量作用力載荷112的施載方向、施載位置以及承載接觸面的角度加以控制，使單一分量作用力載荷112沿承載接觸面法線方向作用于承載單元1011，單一分量作用力載荷112將仍以一個(gè)分量R112的作用效果作用于剛性載荷疊加器102，如圖1f，其將有利于掌握載荷的位置參數(shù)，將對(duì)在后敘述的載荷平衡和載荷對(duì)比等測(cè)量起到簡(jiǎn)化分析、計(jì)算的作用。

請(qǐng)參閱圖1g，施載物體對(duì)剛性載荷疊加器102的作用效果-單一分量作用力F106或作用效果的主失R106`，其使剛性載荷疊加器102產(chǎn)生移動(dòng)或移動(dòng)的趨勢(shì)，為使剛性載荷疊加器102受力平衡，由慣性參照系101向剛性載荷疊加器102第三處承載部位III的承載單元1011提供系統(tǒng)平衡力106`及106``…，系統(tǒng)平衡力106`及106``…的主失R106與前述單一分量作用力F106或作用效果的主失R106`對(duì)剛性載荷疊加器102的作用效果相平衡。該平衡方法簡(jiǎn)便易行，但不利于分析計(jì)算。實(shí)際測(cè)量中若對(duì)剛性載荷疊加器102各承載接觸面的承載角度以及單一分量系統(tǒng)平衡力的施載位置和角度進(jìn)行簡(jiǎn)化調(diào)整，使慣性參照系101提供的單一分量的系統(tǒng)平衡力106沿承載接觸面法線方向作用于承載單元1011，且其與前述單一分量作用力F106或作用效果的主失R106`共線，如圖1h，將會(huì)更有利于簡(jiǎn)化、分析和計(jì)算。

本說(shuō)明書(shū)所闡述的內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但這些說(shuō)明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，依據(jù)本發(fā)明隨附的權(quán)利要求書(shū)所列的保護(hù)范圍，本發(fā)明所描述的各實(shí)施方式可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多實(shí)施例中，應(yīng)用于更多的利用平衡原理進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，例如將本發(fā)明提供的載荷發(fā)生或載荷變化控制裝置應(yīng)用于由微動(dòng)測(cè)量裝置實(shí)施監(jiān)測(cè)的微動(dòng)控制裝置便能夠形成閉環(huán)伺服系統(tǒng)。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，所做出的等效實(shí)施或替換以及各種形式的組合，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍。