本發(fā)明涉及力測量領(lǐng)域，尤其是一種多方向微納力測量裝置及測量方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，人類認(rèn)識世界的能力已從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入到微觀領(lǐng)域，特別是近年來mems技術(shù)的興起，對于極小力值物理量的測量已變得越來越重要。例如在微納衛(wèi)星中用于姿態(tài)控制的mems微推進(jìn)器，其產(chǎn)生的微牛量級力值的準(zhǔn)確性將直接影響微納衛(wèi)星的姿態(tài)控制精度；而在納米壓痕測量過程中施加的微牛到毫牛量級的力值精度直接決定著材料納米硬度的計(jì)算結(jié)果。目前對于微納量級力值的測量主要集中在豎直方向，但在應(yīng)用過程中許多時候會涉及到非豎直方向微納力值的測量，如在mems微推進(jìn)器性能測試等領(lǐng)域中就需要對水平方向以及空間其他方向的微納力值進(jìn)行測量。目前的微納牛頓量級力值的測量裝置不能進(jìn)行非豎直方向微納力值的測量，滿足不了人們對微納牛頓量級力值測量的高要求，亟待進(jìn)一步完善和提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于：提供一種能進(jìn)行非豎直方向微納力值測量的，多方向微納力測量裝置。

本發(fā)明的另一目的在于：提供一種能進(jìn)行非豎直方向微納力值測量的，多方向微納力測量方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種多方向微納力測量裝置，包括：

加載機(jī)構(gòu)，用于加載外界施加的被測微納力值；

標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生與被測微納力值相平衡的標(biāo)準(zhǔn)微納力值；

彈性支撐機(jī)構(gòu)，用于接收被測微納力值和標(biāo)準(zhǔn)微納力值并產(chǎn)生相應(yīng)的形變；

位置測量裝置，用于測量彈性支撐機(jī)構(gòu)的位置變化；

所述彈性支撐機(jī)構(gòu)的末端與位置測量裝置連接，所述標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置和加載機(jī)構(gòu)分別安裝在彈性支撐機(jī)構(gòu)的兩側(cè)。

進(jìn)一步，還包括固定板，所述彈性支撐機(jī)構(gòu)的前端固定在固定板上。

進(jìn)一步，所述標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置為叉指狀電容裝置，所述叉指狀電容裝置的兩個極板間的結(jié)構(gòu)為叉指狀結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述位置測量裝置為電容式位置測量設(shè)備、電感式位置測量設(shè)備、電阻式位置測量設(shè)備或光學(xué)輔助位置測量設(shè)備。

本發(fā)明所采取的另一技術(shù)方案是：

一種多方向微納力測量方法，包括以下步驟：

獲取彈性支撐機(jī)構(gòu)的平衡位置；

通過加載機(jī)構(gòu)為彈性支撐機(jī)構(gòu)施加被測微納力值，使彈性支撐機(jī)構(gòu)偏離平衡位置；

調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小，使得彈性支撐機(jī)構(gòu)從偏離平衡位置恢復(fù)平衡位置；

根據(jù)恢復(fù)平衡位置時標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小計(jì)算被測微納力值。

進(jìn)一步，所述調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小，使得彈性支撐機(jī)構(gòu)從偏離平衡位置恢復(fù)平衡位置這一步驟，其具體為：

從0開始逐漸增大標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小，直至彈性支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)平衡位置為止，并記錄彈性支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)平衡位置時的靜電力大小。

進(jìn)一步，所述根據(jù)恢復(fù)平衡位置時標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小計(jì)算被測微納力值這一步驟，其包括：

分別獲取從彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置中心的距離l1以及從彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)到加載機(jī)構(gòu)的距離l，所述彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)為彈性支撐機(jī)構(gòu)與固定板相接觸的點(diǎn)；

根據(jù)彈性支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)平衡位置時標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小fin、距離l1和距離l計(jì)算被測微納力值f，所述被測微納力值f的計(jì)算公式為：f＝fin×l1/l。

進(jìn)一步，所述標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置為叉指狀電容裝置。

進(jìn)一步，所述調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小，使得彈性支撐機(jī)構(gòu)從偏離平衡位置恢復(fù)平衡位置這一步驟，其具體為：

從0開始逐漸增大叉指狀電容裝置的加載電壓值，直至彈性支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)平衡位置為止，并記錄彈性支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)平衡位置時的加載電壓值。

進(jìn)一步，所述根據(jù)恢復(fù)平衡位置時標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小計(jì)算被測微納力值這一步驟，其包括：

分別獲取從彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)到叉指狀電容裝置中心的距離l1以及從彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)到加載機(jī)構(gòu)的距離l，所述彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)為彈性支撐機(jī)構(gòu)與固定板相接觸的點(diǎn)；根據(jù)恢復(fù)平衡位置時叉指狀電容裝置的加載電壓值u、距離l1和距離l計(jì)算被測微納力值f，所述被測微納力值f的計(jì)算公式為：其中，n是叉指狀電容裝置中叉指的總個數(shù)，ε0為空氣介電常數(shù)，g是叉指狀電容裝置中相鄰兩叉指側(cè)面距離的一半，x0為叉指狀電容裝置中相鄰兩叉指相交部分長度的一半。

本發(fā)明的裝置的有益效果是：包括加載機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置、彈性支撐機(jī)構(gòu)和位置測量裝置，基于彈性支撐機(jī)構(gòu)上的標(biāo)準(zhǔn)微納力值與被測微納力值相平衡原理測量出外界施加的微納力值，與微納力值的測量方向無關(guān)，能進(jìn)行空間任意方向的微納力測量，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能進(jìn)行非豎直方向微納力值測量的缺陷，滿足了人們對空間非豎直方向微納量級力值測量的高要求。進(jìn)一步，標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置為叉指狀電容裝置，采用了叉指狀電容裝置作為微納力值的標(biāo)準(zhǔn)力源，簡化了測量結(jié)構(gòu)，降低了測量成本，便于進(jìn)行集成。

本發(fā)明的方法的有益效果是：包括獲取彈性支撐機(jī)構(gòu)的平衡位置，通過加載機(jī)構(gòu)為彈性支撐機(jī)構(gòu)施加被測微納力值，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小以及根據(jù)恢復(fù)平衡位置時標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小計(jì)算被測微納力值的步驟，采用了靜電力與被測微納力值平衡的測量方法來測量出被測微納力值，與微納力值的測量方向無關(guān)，能進(jìn)行空間任意方向的微納力測量，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能進(jìn)行非豎直方向微納力值測量的缺陷，滿足了人們對空間非豎直方向微納量級力值測量的高要求。進(jìn)一步，標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置為叉指狀電容裝置，采用了叉指狀電容裝置作為微納力值的標(biāo)準(zhǔn)力源，簡化了測量結(jié)構(gòu)，降低了測量成本，便于進(jìn)行集成。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的多方向微納力測量裝置進(jìn)行空間任意方向微納力測量時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的多方向微納力測量裝置進(jìn)行水平方向微納力測量時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的受力示意圖；

圖4為圖2的受力形變示意圖；

圖5為本發(fā)明叉指狀電容裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖；

圖6為叉指狀電容裝置輸出力值與叉指間距的關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

參照圖1，一種多方向微納力測量裝置，包括：

加載機(jī)構(gòu)4，用于加載外界施加的被測微納力值；

標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2，用于產(chǎn)生與被測微納力值相平衡的標(biāo)準(zhǔn)微納力值；

彈性支撐機(jī)構(gòu)1，用于接收被測微納力值和標(biāo)準(zhǔn)微納力值并產(chǎn)生相應(yīng)的形變；

位置測量裝置3，用于測量彈性支撐機(jī)構(gòu)的位置變化；

所述彈性支撐機(jī)構(gòu)1的末端與位置測量裝置3連接，所述標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2和加載機(jī)構(gòu)4分別安裝在彈性支撐機(jī)構(gòu)1的兩側(cè)。

參照圖1，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，還包括固定板5，所述彈性支撐機(jī)構(gòu)1的前端固定在固定板5上。

其中，彈性支撐機(jī)構(gòu)1的前端通過固定板5進(jìn)行固定，本發(fā)明把彈性支撐機(jī)構(gòu)1與固定板5相接觸的點(diǎn)稱為彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置為叉指狀電容裝置，所述叉指狀電容裝置的兩個極板間的結(jié)構(gòu)為叉指狀結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述位置測量裝置為電容式位置測量設(shè)備、電感式位置測量設(shè)備、電阻式位置測量設(shè)備或光學(xué)輔助位置測量設(shè)備。

一種多方向微納力測量方法，包括以下步驟：

獲取彈性支撐機(jī)構(gòu)的平衡位置；

通過加載機(jī)構(gòu)為彈性支撐機(jī)構(gòu)施加被測微納力值，使彈性支撐機(jī)構(gòu)偏離平衡位置；

調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小，使得彈性支撐機(jī)構(gòu)從偏離平衡位置恢復(fù)平衡位置；

根據(jù)恢復(fù)平衡位置時標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小計(jì)算被測微納力值。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小，使得彈性支撐機(jī)構(gòu)從偏離平衡位置恢復(fù)平衡位置這一步驟，其具體為：

從0開始逐漸增大標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小，直至彈性支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)平衡位置為止，并記錄彈性支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)平衡位置時的靜電力大小。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述根據(jù)恢復(fù)平衡位置時標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小計(jì)算被測微納力值這一步驟，其包括：

分別獲取從彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置中心的距離l1以及從彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)到加載機(jī)構(gòu)的距離l，所述彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)為彈性支撐機(jī)構(gòu)與固定板相接觸的點(diǎn)；

根據(jù)彈性支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)平衡位置時標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小fin、距離l1和距離l計(jì)算被測微納力值f，所述被測微納力值f的計(jì)算公式為：f＝fin×l1/l。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置為叉指狀電容裝置。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小，使得彈性支撐機(jī)構(gòu)從偏離平衡位置恢復(fù)平衡位置這一步驟，其具體為：

從0開始逐漸增大叉指狀電容裝置的加載電壓值，直至彈性支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)平衡位置為止，并記錄彈性支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)平衡位置時的加載電壓值。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述根據(jù)恢復(fù)平衡位置時標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置的靜電力大小計(jì)算被測微納力值這一步驟，其包括：

分別獲取從彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)到叉指狀電容裝置中心的距離l1以及從彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)到加載機(jī)構(gòu)的距離l，所述彈性支撐機(jī)構(gòu)固定點(diǎn)為彈性支撐機(jī)構(gòu)與固定板相接觸的點(diǎn)；

根據(jù)恢復(fù)平衡位置時叉指狀電容裝置的加載電壓值u、距離l1和距離l計(jì)算被測微納力值f，所述被測微納力值f的計(jì)算公式為：其中，n是叉指狀電容裝置中叉指的總個數(shù)，ε0為空氣介電常數(shù)，g是叉指狀電容裝置中相鄰兩叉指側(cè)面距離的一半，x0為叉指狀電容裝置中相鄰兩叉指相交部分長度的一半。

本發(fā)明采用了標(biāo)準(zhǔn)微納力裝置的標(biāo)準(zhǔn)微納力與外界施加的微納力平衡的原理對外界施加的微納力進(jìn)行測量，解決了空間各個方向微納力的測量問題；同時這一原理的采用，使得本發(fā)明在微納力測量過程中無需測量彈性體的具體形變值，從而簡化了輔助測量裝置，消除了彈性體蠕變對測量結(jié)果的影響。

下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步解釋和說明。

實(shí)施例1

參照圖2、3、4和5，本發(fā)明的第一實(shí)施例：

以本發(fā)明在進(jìn)行水平方向微納力測量時的測量裝置為例，該測量裝置主要由五部分組成，1為彈性支撐機(jī)構(gòu)，主要用于接收外界施加的微納力值和標(biāo)準(zhǔn)微納力值并發(fā)生微小形變；2為標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置，主要作為產(chǎn)生與被測微納力值相平衡的標(biāo)準(zhǔn)微納力值力源；3為位置測量裝置，主要用于確定彈性支撐機(jī)構(gòu)1的位置變化；4為加載機(jī)構(gòu)，用于被測微納力值的加載；5為固定板，用于固定彈性支撐機(jī)構(gòu)的前端。

其中，本發(fā)明的彈性支撐機(jī)構(gòu)1可以采用圖2形狀的彈性器件，但不限于圖2中的形狀，也采用其他彈性支撐結(jié)構(gòu)。

位置測量裝置3，可采用電容式位置測量設(shè)備、電感式位置測量設(shè)備、電阻式位置測量設(shè)備或其他光學(xué)輔助測量設(shè)備等。

本發(fā)明的微納力測量裝置利用微納力值與靜電力平衡的原理對加載在彈性支撐機(jī)構(gòu)上的微納力值進(jìn)行測量。

以標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置為叉指狀電容裝置為例，設(shè)微納力測量裝置未受到外力作用時，彈性支撐機(jī)構(gòu)1處于平衡位置(如圖2和3所示)。當(dāng)外界對加載機(jī)構(gòu)4施加微納力值f時，與加載機(jī)構(gòu)4相連接的彈性支撐機(jī)構(gòu)1將發(fā)生微小變形(其位置如圖4的虛線所示)。同時安裝在彈性支撐機(jī)構(gòu)1末端的位置測量裝置3測試到彈性支撐機(jī)構(gòu)1偏離平衡位置，此時在標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2的兩端施加電壓，使標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2產(chǎn)生相互吸引的微納力值fin。而標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2產(chǎn)生的微納力值的作用，將使得彈性支撐機(jī)構(gòu)1逐漸向平衡位置移動。逐步增大施加在標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2兩端的電壓，使標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝2產(chǎn)生的微納力值逐漸增大，彈性支撐機(jī)構(gòu)1將不斷向平衡位置移動，直至位置測量裝置3檢測到彈性支撐機(jī)構(gòu)1已經(jīng)完全恢復(fù)到平衡位置，此時表明彈性支撐機(jī)構(gòu)1上的受力平衡，即彈性支撐機(jī)構(gòu)1上所受到的外界施加的微納力與標(biāo)準(zhǔn)微納力發(fā)生裝置2所產(chǎn)生的微納力平衡。

根據(jù)力的平衡原理，有：

fin×l1＝f×l(1)

可以得到外界施加的微納力f為：

f＝fin×l1/l(2)

而標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)微納力fin可以根據(jù)加載電壓u和叉指狀電容裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算得到，如下式所示：

公式(3)中各參數(shù)如圖5所示，n是叉指狀電容裝置中叉指的總個數(shù)，ε0為空氣介電常數(shù)，g是叉指狀電容裝置中相鄰兩叉指側(cè)面距離的一半，x0為叉指狀電容裝置中相鄰兩叉指相交部分長度的一半。

根據(jù)式(1)(2)(3)可得外界施加的微納力f為：

公式(4)中除加載電壓u之外，其余參數(shù)均為叉指狀電容裝置設(shè)計(jì)加工或封裝過程中已確定的參數(shù)，因此只需測量加載在叉指狀電容裝置兩端的電壓u即可得到彈性支撐機(jī)構(gòu)所受到的外界加載微納力。

實(shí)施例2

參照圖1、5和6，本發(fā)明的第二實(shí)施例：

本發(fā)明的微納力測量裝置在測量空間任意方向的微納力時，其工作原理如圖1所示。

以標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置為叉指狀電容裝置為例，由于微納力測量裝置自身重量的存在，將導(dǎo)致彈性支撐機(jī)構(gòu)1發(fā)生微小形變，其位置由位置a變?yōu)槲恢胋。同時彈性支承結(jié)構(gòu)1的微小形變使得標(biāo)準(zhǔn)靜電微納力發(fā)生裝置2兩叉指間的位置發(fā)生微小變化。此時，本發(fā)明微納力測量裝置的初始平衡位置即為彈性支撐機(jī)構(gòu)1發(fā)生微小形變的位置(如圖1中虛線b所示)，也就是說，當(dāng)微納力測量裝置未受到外力作用時，彈性支撐機(jī)構(gòu)1處于如圖1虛線b所示的平衡位置。

當(dāng)外界對加載機(jī)構(gòu)4施加微納力值f時，與加載機(jī)構(gòu)4相連接的彈性支撐機(jī)構(gòu)1將發(fā)生微小變形。同時安裝在彈性支撐機(jī)構(gòu)1末端的位置測量裝置3測試到彈性支撐機(jī)構(gòu)1偏離如圖1中虛線b所示的平衡位置，直到彈性支撐機(jī)構(gòu)1的位置偏移至c處(如圖1中虛線c所示)。此時在標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2兩端施加電壓，使標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2產(chǎn)生相互吸引的微納力值fin。而標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2產(chǎn)生的微納力值的作用，將使得彈性支撐機(jī)構(gòu)1逐漸向平衡位置移動。逐步增大施加在標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置2兩端的電壓，使標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝2產(chǎn)生的微納力值逐漸增大，彈性支撐機(jī)構(gòu)1將不斷向平衡位置移動，直至位置測量裝置3檢測到彈性支撐機(jī)構(gòu)1已經(jīng)完全恢復(fù)到平衡位置，此時表明彈性支撐機(jī)構(gòu)1上的受力平衡，即彈性支撐機(jī)構(gòu)1上所受到的外界施加的微納力與標(biāo)準(zhǔn)微納力發(fā)生裝置2所產(chǎn)生的微納力平衡。此時外界施加的微納力仍可根據(jù)實(shí)施例1的公式(4)計(jì)算得到。

微納力測量裝置的自重較小，因此其導(dǎo)致彈性支撐機(jī)構(gòu)1的位置偏移量也極小，使得標(biāo)準(zhǔn)靜電微納力發(fā)生裝置2兩叉指間的位置變化量也極小。同時由于本發(fā)明采用了叉指狀的標(biāo)準(zhǔn)靜電力裝置，根據(jù)該裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即使裝置中叉指間距發(fā)生較大變化時，其仍能夠保持較好的輸出結(jié)果，也就是說裝置叉指間距發(fā)生改變對于裝置輸出靜電力的影響極小。

圖6為標(biāo)準(zhǔn)靜電微納力發(fā)生裝置采用叉指狀電容裝置時，其輸出力值與叉指間距的關(guān)系曲線圖。其中，線型圖(即x0對應(yīng)的圖)表示當(dāng)叉指間交叉距離x0分別為4mm，5mm，6mm時，輸出微小力值的理論計(jì)算值；點(diǎn)狀圖(即exp.x0對應(yīng)的圖)為叉指間距離x0分別為4mm，5mm，6mm時，輸出微小力值的實(shí)驗(yàn)值。

由圖6可見，當(dāng)叉指間距發(fā)生變化時，其輸出微納力值的變化較小，而在實(shí)際應(yīng)用中由于裝置自重產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)微納力發(fā)生裝置2兩叉指間的位置變化量要遠(yuǎn)小于圖6中的距離變化量，因此可以認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)微納力發(fā)生裝置2的輸出靜電力幾乎不受影響，這也是本微納力測量裝置選用該形狀的電容裝置作為標(biāo)準(zhǔn)微納力源的主要原因。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)基于彈性支撐機(jī)構(gòu)上的標(biāo)準(zhǔn)微納力值與被測微納力值相平衡原理，實(shí)現(xiàn)了各方向施加的微納力測量，解決了非豎直方向微納力測量的問題。目前大多數(shù)微納力值測量裝置均只能在豎直方向上進(jìn)行測量，嚴(yán)重阻礙了微納力值的應(yīng)用，而采用本發(fā)明的裝置可以實(shí)現(xiàn)對空間各方向所受的微納力進(jìn)行測量。

(2)直接利用彈性支撐機(jī)構(gòu)上力的平衡原理進(jìn)行測量，不涉及摩擦力的作用，解決了現(xiàn)有微納力測量易受摩擦力影響的問題，完全消除了摩擦力對微納力值測量過程的影響。

(3)采用了叉指狀電容裝置作為微納力值的標(biāo)準(zhǔn)力源，該標(biāo)準(zhǔn)力源裝置產(chǎn)生的微納力值標(biāo)準(zhǔn)力源的精度只取決于其叉指的加工精度和安裝精度以及電壓的加載精度，極大地簡化了現(xiàn)有微納力值測量過程中對于超高精度輔助測量設(shè)備的高要求(如激光干涉儀、高精度位移控制平臺等)，大大簡化了測量裝置的結(jié)構(gòu)，降低了測量裝置的成本，便于進(jìn)行集成。

(4)包括加載機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)微納力值發(fā)生裝置、彈性支撐機(jī)構(gòu)和位置測量裝置，結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)現(xiàn)小型化和便攜化，解決了目前微納力測量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。本發(fā)明的測量裝置所涉及的結(jié)構(gòu)較少，同時不涉及復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的加工，因此結(jié)構(gòu)簡單，便于加工封裝，同時由于本發(fā)明的測量裝置不涉及其他大型輔助設(shè)備，因此便于小型化、微型化和便攜化。

(5)采用了靜電力與被測力值平衡的測量方法，將力學(xué)量的測量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的測量，可將微納力值測量的力學(xué)測量值溯源至電學(xué)量或者質(zhì)量，解決了微納力值測量過程中其自身測量值溯源的問題。

(6)不涉及彈性支撐機(jī)構(gòu)形變數(shù)值的測量，因此完全消除了彈性體蠕變對于測量結(jié)果的影響，長期穩(wěn)定性較好。目前的各種微納力值測量裝置一般通過彈性體形變值與外界施加微納力的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行測量，由于彈性體不可避免地存在蠕變，導(dǎo)致其在測量過程中由于彈性體自身蠕變的影響而導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差較大，使裝置的長期穩(wěn)定性較差。而本發(fā)明采用的位置測量裝置只需測量彈性體在測量過程中是否復(fù)原，因此不存在彈性體蠕變對于測量結(jié)果的影響，長期穩(wěn)定性較好。

以上是對本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。