一种应用于零长弹簧微形变测量的敏感装置的制作方法

本实用新型涉及重力敏感器技术领域中的测量装置，尤其是一种应用于零长弹簧微形变测量的敏感装置。

背景技术：

零长弹簧是目前重力敏感器的核心部件，它通过将微小重力信息的变化转化为位移量，通过传感器将此信号转化为电信号输出来实现重力信息的精确测量。因此，零长弹簧的性能水平直接决定了重力敏感器的性能。精确测量零长弹簧微形变是必须要研究的工作。由于重力信息的变化很微弱，直接测量难度很大。而固体潮对应的弹簧位移量的变化在10nm，目前所有的位移检测手段均无法达到该精度要求，因此需要研制出一种能满足要求的新测试设备。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种应用于零长弹簧微形变测量的敏感装置，该敏感装置能够精确测量零长弹簧微形变，实现零长弹簧微形变的直接测量，直观准确的评价零长弹簧的长期蠕变性能。

本实用新型的目的是通过以下技术手段实现的：

一种应用于零长弹簧微形变测量的敏感装置，其特征在于：包括测试支架、精密光电微距测试仪、支撑刀口、横梁、石英玻璃片和挂重，测试支架由底板、左安装架和右安装架构成，底板上表面的左右两侧分别安装左安装架和右安装架，左安装架上安装竖直设置的精密光电微距测试仪，右安装架用于与零长弹簧顶端连接；

底板的上表面安装竖直设置的支撑刀口，该支撑刀口上安装一个水平设置的横梁，该横梁的左端上表面粘贴石英玻璃片，该石英玻璃片位于精密光电微距测试仪的光学探头的下方；横梁的右端制出装配挂重的孔，并根据横梁的平衡需求在横梁下表面悬挂一定重量的挂重。

而且，所述的光电微距测试仪由光学探头、光纤线缆和测试软件组成。

而且，所述的横梁的下底面设计出一个凹槽，支撑刀口的上端位于该凹槽内。

而且，所述的支撑刀口与横梁的连接处为支撑点，该支撑点的位置选择取决于测试所需要的精度，本方案的支撑点位置选择左右距离比例为10:1的位置。

而且，所述的横梁是由钛合金加工制作而成，横梁凹槽处的光洁度需小于0.8μm，并采用人工抛光的工艺进行处理，横梁加工完后按照规定程序进行热处理，处理完后测试其相应位置的光洁度。

而且，所述的石英玻璃片为石英玻璃反射片。

而且，所述的挂重、零长弹簧与横梁采取螺丝固定在一起，挂重重量的调节需要遵循两条原则，一个需保证横梁严格水平，二是需要保证弹簧在所测试的伸长量范围内。

而且，所述的测试支架、精密光电微距测试仪、支撑刀口、横梁、石英玻璃片和挂重均放置在高精度恒温恒压装置内。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、分辨率有明显提高。通过实体试验验证，本实用新型可达到1nm的分辨率。针对零长弹簧进行的测试数据表明：通过该测试装置可实现1nm位移变化量的精确测试。

2、适用性好。本实用新型中，所采用的机械放大装置，原理简单可靠，并且可根据实际所选择的光学探头精度设计不同放大倍数的杠杆效应，具有很强的适用性。

3、可实现性好。本实用新型中，该装置将同样重力信息的变化所引起的位移变化量放大10倍，更易于实现重力信息的精确监测。

4、在本实用新型中，由于采用了该机械装置，降低了对于外围温控系统的要求，具有一定的抗干扰能力。

5、本实用新型是一种设计科学、结构合理、使用方便的应用于零长弹簧性能检测的高精度微位移检测装置，采用本机构能够精确敏感零长弹簧的微小位移变化，将重力信息的变化转化为电信号，实现微小位移的精确测量，通过本测试装置可以实现1nm位移变化量的精确连续监测，适用于各类零长弹簧的性能检测。

附图说明

图1是零长弹簧微形变测量装置的示意图；

图2是零长弹簧测量机构的三维示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本实用新型的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种应用于零长弹簧微形变测量的敏感装置，包括测试支架2、精密光电微距测试仪1、支撑刀口9、横梁5、石英玻璃片4和挂重10。测试支架由底板11、左安装架3和右安装架7构成，底板上表面的左右两侧分别安装左安装架和右安装架，左安装架上安装竖直设置的精密光电微距测试仪，该光电微距测试仪由光学探头、光纤线缆和测试软件组成。右安装架用于与零长弹簧顶端连接。

底板的上表面安装竖直设置的支撑刀口，该支撑刀口上放置一个水平设置的横梁，即：横梁的下底面设计出一个凹槽，支撑刀口的上端位于该凹槽内。横梁的中间适当位置放置支撑点，即：支撑刀口与横梁的连接处为支撑点。支点根据实际需求进行合理选择，该支撑点的位置选择取决于测试所需要的精度，本方案的支撑点位置选择左右距离比例为10:1的位置。

横梁的左端上表面粘贴光洁度很高的石英玻璃片(石英玻璃片为石英玻璃反射片)，该石英玻璃片位于精密光电微距测试仪的光学探头的下方。

横梁的右端制出装配挂重的孔，并根据横梁的平衡需求在横梁下表面悬挂一定重量的挂重，横梁右端的上表面与零长弹簧8底端相连，零长弹簧顶端固定于右安装架上，保证弹簧竖直工作，要求弹簧轴线与安装地面的垂直度在0.01mm以内。

光电微距测试仪正常连接，根据测试范围调节光学探头的位置，使得光强在90％以上，探头与反射面之间的距离在光电微距测试仪的测试范围的中值附近。安装支点，保证刀口的位置在横梁所设计的凹槽处。调节弹簧挂重，保证横梁与安装地面的平行度在0.01mm以内。

横梁是由钛合金加工制作而成，横梁凹槽处的光洁度需小于0.8μm，并采用人工抛光的工艺进行处理，横梁加工完后按照规定程序进行热处理，处理完后测试其相应位置的光洁度。

零长弹簧和弹簧挂重通过设计专门的挂钩来实现连接，挂重、零长弹簧与横梁采取螺丝固定在一起，挂重重量的调节需要遵循两条原则，一个需保证横梁严格水平，二是需要保证弹簧在所测试的伸长量范围内。

将上述的测试支架、精密光电微距测试仪、支撑刀口、横梁、石英玻璃片和挂重均放置在测试必需的高精度恒温恒压装置6内，通过光纤将测试信号引出。精密光电微距测试仪可精确测量出探头与横梁上玻璃片之间的距离的变化，根据杠杆原理计算得出零长弹簧竖直方向的微小形变，分辨力优于1nm。本实用新型是一种设计科学、结构合理、使用方便的可应用于测量零长弹簧微形变的敏感装置，采用本装置可有效测量出由于长期蠕变、重力异常等原因引起的零长弹簧的微小形变，可对零长弹簧的多项性能指标进行考核。

本实用新型的工作原理为：

精密光电微距测试仪固定在支架上，实时监测横梁一端的位移变化量，横梁另一端与零长弹簧下端固定连接，通过支点将横梁调平。根据杠杆放大的原理，零长弹簧端挂重由于重力变化而产生的位移量会使得横梁的位置发生上下变化，该变化量通过杠杆10倍的放大作用会体现在横梁另一端的位移变化上，该值最终由光电微距测试仪测得，通过换算可得到弹簧的微小形变量，由于采取了该种测试方案，使得弹簧的测试精度提高了近一个数量级，因此是一种有效的测试弹簧微形变的高精度敏感装置。

本实用新型是利用杠杆的原理将弹簧受重力引起的微小位移变化量进行放大，使得该位移变化量在目前光学测距的技术水平条件下可实现直接连续测试，降低了对弹簧性能测试的难度，同时也降低了对环境的要求。本实用新型的目的是在有限的空间内，在一定的恒温恒压装置的条件下，通过该装置尽可能提升微小位移测试的分辨率。本方案主要针对零长弹簧微形变的高精度敏感装置进行设计。

本实用新型提供了一种能够实现直接连续精确测量微小位移变化的高精度位移测量装置，其特点是能够实现微小位移的直接测量，具有高的位移分辨率，结构可靠、实施简便，效果显著。