用磁场相互作用力的原理测量微小长度的装置和方法制造方法及图纸

用磁场相互作用力的原理测量微小长度的方法和装置，它涉及一种测量微小长度的方法和装置。解决现有纳米测量仪器调试操作复杂、造价高、量程小问题。方法是通过两个磁场间距离的变化导致相互作用力的变化，利用传感器或者压／拉力测量仪测量出该作用力的数值，根据磁场距离和相互作用力的对应关系公式将两个磁场间的长度数据显示出来；装置一：上、下磁铁装在磁铁行程限位筒（４）内且相邻一端磁性相同，下磁铁（３）通过距离调节装置（８）与压力测量仪（５）连接，上磁铁（２）与测量头（６）固接；其装置二与一不同点是：上、下磁铁相邻一端磁性相异，下磁铁（３）与拉力测量仪（１６）固接，上、下测量爪与上、下磁铁固接。本发明专利技术具有精度超高、量程宽、造价低、操作简单的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量微小长度的方法和装置。
技术介绍
随着科学技术和工业生产的发展，产品的小型化或微型化越来越成为一个重要的分支，因而微小长度的测量越来越多如细丝、小孔、镀层厚度、集成电路中的氧化层厚度、各元件间的微小距离、计算机中磁头与磁盘间的微小间隙等等；而且精度要求也越来越高，如超大规模集成电路中要求位置的测量精度为0.1μm的数量级。科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足到纳米级，即微/纳米技术，微/纳米技术研究和探测物质结构的功能尺寸与分辨力达到微米至纳米级尺度，使人类在改造自然方面深入到原子、分子级的纳米层次。微/纳米技术的发展，离不开微米级和纳米级的测量技术与设备，而这些设备目前均是融合了光、机、电、算等多学科的综合技术，制作及应用十分复杂，技术水平超越了现有的纯机械、纯光学、纯电学等传统的测量技术。 现有的纳米测量仪器有扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AtomicForce Microscope简称AFM)等，但它们却存在各自的不足，如扫描隧道显微镜只能观测导体或半导体，而不能观测非导体；原子力显微镜的放射性容易破坏所观测物体，特别是在对微生物进行观测时，这类显微镜会影响分析结果。同时，这些观测仪器还有调试操作复杂、造价昂贵、量程小、精度还有待提高等不足，因此，时代的发展迫切地要求提出新的测量方法和装置以满足测量微小长度的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用磁场相互作用力的原理测量微小长度的方法和装置，它可解决现有纳米测量仪器存在调试操作复杂、造价昂贵、量程小、精度还有待提高的问题。 本专利技术用磁场相互作用力的原理测量微小长度的方法是这样完成的通过两个磁场间距离的变化导致两个磁场间相互作用力的变化，利用传感器将作用力的变化传至计算机并根据磁场距离和相互作用力的对应关系公式进行运算得出两个磁场间的长度数据并显示出来，或者利用压力测量仪或拉力测量仪测量出该作用力的数值，并根据磁场距离和相互作用力的对应关系公式将两个磁场间的长度数据显示出来；所述磁场距离和相互作用力的对应关系公式如下 即F＝m1m2/4πμ0r2(1) 其中F----两个磁场相互之间的作用力(N)； μ0----真空磁导率，其值为4π×10-7(H·m-1)； m1、m2----磁场强度(Wb)； r----两个磁极之间的距离(m)； 公式(1)可简化成F＝(m1m2/4πμ0)×(1/r2)(2) 因为对于一个选定的两个磁极之间的磁作用力来说m1和m2是固定的，因此可以设 m1m2/4πμ0＝G(3) 则F＝G/r2 (4) 本专利技术的装置的一种技术方案是本专利技术包括支架、上磁铁、下磁铁；本专利技术还包括测量仪、磁铁行程限位筒、距离调节装置和测量装置；所述测量仪是压力测量仪，所述测量装置是测量头，所述磁铁行程限位筒的上端面设有中心孔，磁铁行程限位筒固装在支架内，所述上磁铁和下磁铁均装在磁铁行程限位筒内，且上磁铁和下磁铁相邻一端的磁性相同，下磁铁的下端通过距离调节装置与压力测量仪连接，所述压力测量仪固定在支架内的底座上，上磁铁的上端面与测量头的下端面固接，测量头的下端装在磁铁行程限位筒内，测量头的上端穿过所述中心孔露在磁铁行程限位筒的外面。本专利技术的装置的另一种技术方案是本专利技术包括支架、上磁铁、下磁铁；本专利技术还包括法兰座、测量仪、磁铁行程限位筒、距离调节装置和测量装置；所述测量仪是拉力测量仪，所述测量装置由上测量爪、下测量爪、上测量支臂、下测量支臂组成，所述距离调节装置是调节螺杆总成，所述磁铁行程限位筒与支架固接，所述上磁铁和下磁铁均装在磁铁行程限位筒内，且上磁铁和下磁铁相邻一端的磁性相异，下磁铁的下端与拉力测量仪固接，所述拉力测量仪固定在支架的底支座上，上磁铁的上端面与法兰座的下端面固接，所述调节螺杆总成的下端装在法兰座的内台肩孔内，且调节螺杆总成与支架的内螺纹孔螺纹连接，磁铁行程限位筒的侧壁上设有长孔，所述上测量爪和下测量爪相对设置，所述上测量支臂和下测量支臂相对设置，上测量爪的一端固装在上测量支臂的测量滑道内，下测量爪的一端固装在下测量支臂的测量滑道内，且上测量支臂的一端穿过磁铁行程限位筒上的长孔与上磁铁固接，下测量支臂的一端穿过磁铁行程限位筒上的长孔与下磁铁固接。 本专利技术具有以下有益效果一、精度超高本专利技术虽然利用的是纯机械技术，但具备了目前光、机、电、算融合技术很难达到的水平，利用本专利技术的测量方法，在两个磁场强度足够大、距离足够近的前提下，足以测量出纳米级、埃级甚至于更微小的长度。二、量程范围宽本专利技术的测量方法的量程范围可在埃级到米级的范围之间。三、造价低本专利技术的装置与现有的高精度测量装置相比较，造价相当低。四、操作简单由于扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(Atomic Force Microscope简称AFM)等高精度测量仪器操作时必须有一套数据处理系统处理，才能显示出来，而本专利技术的方法可直接从压力测量仪或拉力测量仪的示值读出，因此本专利技术的方法相对于现有的高精度测量方法简单、容易操作。五、应用范围广在现实生活的各个领域只要能够转化为长度的任何物理量均可以采用本专利技术的方法来测量，本专利技术既可用于测量微米、亚微米级，也可用于纳米级及精度更高的测量；既可用于纯机械、传统仪器的更新改造，又可用于尖端科技的高层突破。在军用上，如常规武器的改造提高，航空航天的各种测控技术等；民用上，传统产业上的更新改造，制造业的技术提高等。本专利技术的装置可与计算机、单片机连接后进行自动测量、自动处理和自动控制，可间接测量温度、湿度、光度、体积、容积、重量等。六、本专利技术的装置结构简单、容易加工制造。 附图说明 图1是本专利技术的装置的整体结构主视图(测量仪是压力测量仪5)，图2是本专利技术的装置的整体结构主视图(测量仪是拉力测量仪16)，图3是图2的A向视图，图4是图2的B向视图，图5是本专利技术的装置的一种测量范例主视图(测量仪是压力测量仪5)，图6本专利技术的装置的一种测量范例主视图(测量仪是拉力测量仪16)，图7是半圆桶柱13的俯视图。 具体实施例方式具体实施方式一本实施方式的用磁场相互作用力的原理测量微小长度的方法是这样完成的通过两个磁场间距离的变化导致两个磁场间相互作用力的变化，利用传感器将作用力的变化传至计算机并根据磁场距离和相互作用力的对应关系公式进行运算得出两个磁场间的长度数据并显示出来，或者利用压力测量仪5或拉力测量仪16测量出该作用力的数值，并根据磁场距离和相互作用力的对应关系公式将两个磁场间的距离长度数据显示出来；所述磁场距离和相互作用力的对应关系公式如下 即F＝m1m2/4πμ0r2(1) 其中F----两个磁场相互之间的作用力(N)； μ0----真空磁导率，其值为4π×10-7(H·m-1)； m1、m2----磁场强度(Wb)； r----两个磁极之间的距离(m)； 公式(1)可简化成F＝(m1m2/4πμ0)×(1/r2)(2) 因为对于一个选定的两个磁极之间的磁作用力来说m1和m2是固定的，因此可以设 m1m2/4πμ0＝G (3) 则F＝G/r2 (4) 由上面公式可以看出在两个磁场强度足本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用磁场相互作用力的原理测量微小长度的方法，其特征在于它是这样完成的：通过两个磁场间距离的变化导致两个磁场间相互作用力的变化，利用传感器将作用力的变化传至计算机并根据磁场距离和相互作用力的对应关系公式进行运算得出两个磁场间的长度数据并显示出来，或者利用压力测量仪（５）或拉力测量仪（１６）测量出该作用力的数值，并根据磁场距离和相互作用力的对应关系公式将两个磁场间的长度数据显示出来；所述磁场距离和相互作用力的对应关系公式如下：即：Ｆ＝ｍ↓［１］ｍ↓［２］／４πμ↓［０］ ｒ↑［２］（１）其中：Ｆ－－－－两个磁场相互之间的作用力（Ｎ）；μ↓［０］－－－－真空磁导率，其值为４π×１０↑［－７］（Ｈ.ｍ↑［－１］）；ｍ↓［１］、ｍ↓［２］－－－－磁场强度（Ｗｂ）；ｒ－－－－两个 磁极之间的距离（ｍ）；公式（１）可简化成：Ｆ＝（ｍ↓［１］ｍ↓［２］／４πμ↓［０］）×（１／ｒ↑［２］）（２）因为对于一个选定的两个磁极之间的磁作用力来说ｍ↓［１］和ｍ↓［２］是固定的，因此可以设：ｍ↓［１］ｍ ↓［２］／４πμ↓［０］＝Ｇ（３）则：Ｆ＝Ｇ／ｒ↑［２］（４）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙五一，
申请(专利权)人：孙五一，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]