CN114812874A - 微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质 - Google Patents

微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质，所述微纳力源装置包括内电极和外电极，所述外电极套设在所述内电极的外部且所述外电极和所述内电极有部分或全部长度相交，所述内电极的外轮廓函数为固定值，且所述外电极的内轮廓函数和所述内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数。本发明的微纳力源装置能够使微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系，输出力值调节方便，避免了电压调节方式所造成的不确定度放大，有效保证输出微纳力具有高准确度，且省去了对于加载电压的精确调节与控制，无需配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地节省了装置成本、减小了装置的体积。

Description

微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质
技术领域
本发明涉及微纳力测量技术领域，尤其涉及微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质。
背景技术
随着高端装备中传感器件的不断微型化、集成化发展，在高端装备制造中微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)器件与微纳加工技术的应用日益广泛，在MEMS技术与微纳加工中，微纳力的测量变得越来越普遍，微纳力测量的准确性和可靠性将直接影响微纳米加工技术的水平与大量MEMS器件的性能，同时微纳加工技术和设备如光刻技术和设备等本身也已成为高端装备制造中的重要方向，因此微纳力的准确测量对提升高端装备的性能、技术含量以及技术创新等都具有重要意义。如在高端装备中大量使用的MEMS传感器其制造过程中所采用的X光深刻精密电铸模造成形(LithographieGaVanoformung Abformung，LIGA)技术，涉及到大量的微纳部件的制造与装配，其中大量涉及到微纳牛量级力反馈控制过程，微纳力测量结果的准确可靠是实现微纳加工技术以及MEMS部件自动化的前提与保障。
在微纳力测量装置中，核心部件为产生微纳牛顿量级力值的力源装置，根据不同测量装置所采用的力源形式的不同可以分为电容式测量装置、电感式测量装置、电阻式测量装置等。目前对于微纳牛顿量级的力的测量和量值溯源装置主要采用的均为电容式测量装置，如美国NIST、英国NPL、德国PTB、中国计量科学研究院(NIM)等研究机构在微纳力测量装置中均是采用电容式力源实现对微纳力的测量。其基本原理是利用微纳力测量装置中电容式力源生成的静电力与待测微纳力之间的平衡来实现力的测量。通过控制电容式力源两极板之间的加载电压，从而改变微纳力测量装置中力源输出的微纳牛顿量级的静电力使其与待测微纳力达到平衡，根据力的平衡原理，待测微纳力与测量装置中力源输出的微纳力大小相等、方向相反、且作用于同一条直线上，此时根据微纳力测量装置中力源输出的平衡静电力的大小即可得到待测力值。电容式微纳力测量装置中力源所产生的微纳静电力计算公式为：
Figure BDA0003636287570000021
由该公式可知，可通过改变微纳力测量装置中力源的电容梯度或者改变加载电压来改变力源输出的微纳牛量级静电力大小。
现有的微纳力源装置中，力源输出微纳力值与加载电压的平方成正比，因此微纳力源的输出力值对加载电压的变化十分敏感，由于力源装置的输出微纳力值与加载电压的平方成正比，因此若要精确的改变力源的输出微纳力值，则需要实现对加载电压的精确调节与控制(保持加载电压稳定性的同时，还需要保持加载电压调节时的准确性)，整个微纳力测量装置需要配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地增加了微纳力测量装置成本与体积，限制了装置的适用性，非常不利于微纳力测量装置的集成化、小型化。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了微纳力源装置、控制方法、微纳力测量设备及存储介质，能够简化装置结构、降低装置成本，解决装置小型化、集成化的问题，且有效保证输出微纳力具有高准确度。
本发明提出的技术方案如下：
本发明实施例第一方面提供一种微纳力源装置，包括内电极和外电极，所述外电极套设在所述内电极的外部且所述外电极和所述内电极有部分或全部长度相交，所述内电极的外轮廓函数为固定值，且所述外电极的内轮廓函数和所述内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数。
本发明的微纳力源装置中，所述内电极的外轮廓函数为固定值，即内电极的外轮廓为直线，外电极的内轮廓函数和所述内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数，设内电极外轮廓满足函数f(z+L-zl)，外电极内轮廓满足函数g(z)，则内外电极间的电容为：
Figure BDA0003636287570000031
已知的，内外电极所组成的力源产生的力值公式为：
Figure BDA0003636287570000032
结合上述公式(2)和公式(3)可得内外电极之间的微纳力为：
Figure BDA0003636287570000033
其中h(z)＝g(z)-f(z)，因此，当内电极的外轮廓为直线，且外电极的内轮廓函数和所述内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数，即h(zl)的倒数为一次函数时，微纳力源输出为相交长度zl的一次函数，因此，在内外电极间的加载电压大小固定时，微纳力的大小即微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系。由此，只需对其内外电极的相交长度进行控制，就能够改变微纳力的输出，由于微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系，内外电极位置控制所产生的误差也只是呈线性的传递到力源的输出，避免了电压调节方式所造成的不确定度放大，有效保证输出微纳力具有高准确度。采用本发明的微纳力源装置后，输出力值调节方便，且省去了对于加载电压的精确调节与控制，无需配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地节省了装置成本、减小了装置的体积。
根据本发明实施例第一方面提供的微纳力源装置，所述外电极的内轮廓函数为一次分式函数。
外电极的内轮廓函数为一次分式函数，便于计算微纳力源装置的输出力值。
根据本发明实施例第一方面提供的微纳力源装置，所述一次分式函数为
Figure BDA0003636287570000041
所述内电极的外轮廓函数为f(z)＝A，其中A、B、C和D均为常数。
两个函数作差后，其倒数为一次函数，根据计算可以得知此时微纳力源装置的输出力值和内外电极的相交长度成线性关系，便于调节微纳力源装置的输出力值。
本发明实施例第二方面提供一种微纳力源装置的控制方法，适用于如本发明实施例第一方面任一项所述的微纳力源装置，所述方法包括：通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值。
由于上述微纳力源装置中，微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系，因此，只需对其内外电极的相交长度进行控制，就能够改变微纳力的输出，内外电极相交长度控制所产生的误差也只是呈线性的传递到力源的输出，避免了电压调节方式所造成的不确定度放大。采用本发明的方法，省去了对于加载电压的精确调节与控制，无需配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地节省了装置成本、减小了装置的体积。
根据本发明实施例第二方面提供的微纳力源装置的控制方法，还包括：判断所述外电极和所述内电极间的加载电压是否低于设定电压，当加载电压低于设定电压时，通过控制加载电压大小调节输出力值，当加载电压不低于设定电压时，通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值。
采用两种调节微纳力源输出力值的方式共同工作，在低电压情况下通过电压调节来控制力源的输出，在高电压时通过控制相交长度调节微纳力源装置的输出力值，调节方式灵活。
根据本发明实施例第二方面提供的微纳力源装置的控制方法，在通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值前，还包括，建立输出力值的量程段和所述外电极和所述内电极间的加载电压的对应关系，根据输出力值的量程段选择加载电压。
通过相交长度的调节和加载电压的调节叠加来形成超大输出范围的微纳力源，并且可以选择加载电压档位，使用方便。
本发明实施例第三方面提供了一种微纳力测量设备，包括如本发明实施例第一方面任一项所述的微纳力源装置以及长度控制调节装置，所述长度控制调节装置用于控制所述外电极和所述内电极的相交长度。
本发明实施例第三方面提供一种微纳力测量设备具有和本发明实施例第二方面的控制方法相同的技术效果，在此不再赘述。
根据本发明实施例第三方面提供的微纳力测量设备，还包括电压判断模块和电压调节模块，所述电压判断模块用于判断所述外电极和所述内电极间的加载电压是否低于设定电压，所述电压调节模块用于当加载电压低于设定电压时，通过控制加载电压大小调节输出力值。
根据本发明实施例第三方面提供的微纳力测量设备，还包括电压档位调节模块，所述电压档位调节模块用于建立输出力值的量程段和所述外电极和所述内电极间的加载电压的对应关系，并根据输出力值的量程段选择加载电压。
本发明实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如本发明实施例第二方面任一项所述的控制方法。
本发明实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质具有和本发明实施例第二方面的控制方法相同的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地表达说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统的微纳力测量装置中的微纳力源的正剖视图；
图2为传统的微纳力测量装置中的微纳力源的俯视图；
图3为本发明实施例中微纳力源装置的设计结构示意图；
图4为本发明实施例中一微纳力源装置的结构示意图；
图5为本发明实施例中一输出力源与相交长度的关系示意图
图6为本发明实施例中另一微纳力源装置的结构示意图；
图7为本发明实施例中另一输出力源与相交长度的关系示意图；
图8为本发明实施例中微纳力源装置的控制方法的流程图；
图9为本发明实施例中微纳力测量设备的模块框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例提供了一种微纳力源装置，能够解决微纳力源的输出力值调节不方便的问题。
参见图1和图2，传统的微纳力测量装置中的微纳力源由内电极和外电极组成，内电极和外电极均为柱状电容，其输出微纳力值为：
Figure BDA0003636287570000071
Figure BDA0003636287570000072
其中U为内电极和外电极间的加载电压，Di为外电极内径，d0为内电极外径，ε为空气中的介电常数，zl为内电极和外电极相交长度。该式可知，此形状的微纳力源的输出值仅取决于内电极外径d0、外电极内径Di以及加载电压U，一旦内电极和外电极尺寸确定后，其内电极外径d0、外电极内径Di均为常数不可改变，在使用过程中，只能通过调节加载电压U的大小来控制力源的输出力值。
现有的微纳力源装置具有以下缺点：
1、由公式(1)可知，力源输出微纳力值与加载电压的平方成正比，因此微纳力源的输出力值对加载电压的变化十分敏感，由于微纳力源装置的输出微纳力值与加载电压的平方成正比，因此若要精确的改变力源的输出微纳力值，则需要实现对加载电压的精确调节与控制，需要配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地增加了微纳力源装置的体积和成本。
2、在微纳力源标定过程中，由于输出微纳力值随着电压的平方变化，其输出曲线为二次函数曲线，需要标定多个点才能得到微纳力源装置的输出特性曲线，提高了微纳力源标定的时间、影响了力源标定的准确度。
3、虽然改变微纳力源装置的加载电压比较容易实现，但是为了获得更大范围的输出微纳力值以增加微纳力源装置的输出范围(量程)，需要较高的加载电压(许多时候为扩大力源输出范围加载电压需要达到2000V以上)，而当加载电压过高时装置中力源的电容极板间很容易发生静电放电击穿现象，造成微纳力源装置的损坏。
4、获得稳定的高电压需要庞大的辅助装置，同时直流高电压输入的稳定性本身也难以保证，若直流高压稳定性无法保证，则微纳力源装置输出的微纳力值准确度与稳定性很难保证，从而直接影响到微纳力源装置的准确度与稳定性。
由此，本发明实施例提供一种微纳力源装置，包括内电极和外电极，外电极套设在内电极的外部且外电极和内电极有部分或全部长度相交，内电极的外轮廓函数为固定值，且外电极的内轮廓函数和内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数。
下面结合图3说明本发明实施例微纳力源装置的设计原理。
在柱坐标系中，即图中z轴和r轴，设内电极外轮廓满足函数f(z+L-zl)，外电极内轮廓满足函数g(z)。外电极长度为L，内外电极相交长度为zl，内电极和外电极构成的电容微分dC＝εdedz/[g(z)-f(z+L-zl)，则内外电极间的电容为：
Figure BDA0003636287570000091
通常的，内外电极所组成的力源产生的力值公式为：
Figure BDA0003636287570000092
结合公式(2)和公式(3)，且内电极外径为直线时(即f(z+L-zl)为固定值时)，可得内外电极之间的微纳力为：
Figure BDA0003636287570000093
其中h(z)＝g(z)-f(z)，其中U是内电极和外电极间的加载电压，即内外电极的电势差，k是一个比例系数，b为常数。由此可见，对于柱状电容式微纳力源装置而言，其输出力值与内电极外轮廓形状和外电极内轮廓形状具有重要关系。若能使内外电极形状满足一定关系，则可以控制力源输出特性。
具体地，只要使h(zl)代入微纳力公式后得到的函数为相交长度zl的一次函数，就可以使力源的输出微纳力与内外电极相交长度成线性关系。在本发明实施例的微纳力源装置，当内电极的外轮廓函数为固定值，且外电极的内轮廓函数和内电极的外轮廓函数的差的倒数为关于高度z的一次函数时，即h(zl)的倒数为一次函数时，带入公式(4)后，微纳力为相交长度zl的一次函数，因此，在内外电极间的加载电压大小固定时，微纳力的大小即微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系。
本发明的微纳力源装置，由于微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系，只需对其内外电极的相交长度进行控制，就能够改变微纳力的输出，内外电极位置控制所产生的误差也只是呈线性的传递到力源的输出，避免了电压调节方式所造成的不确定度放大，有效保证输出微纳力具有高准确度。采用本发明的微纳力源装置后，省去了对于加载电压的精确调节与控制，无需配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地节省了装置成本、减小了装置的体积。
由此，只需对其内外电极的相交长度进行控制，就能够改变力源的输出，而目前即便是简单廉价的直线丝杠就能将相交长度控制精度控制在0.01mm量级，同时由于微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系，内外电极相交长度控制所产生的误差也只是呈线性的传递到力源的输出，避免了电压调节方式所造成的不确定度放大。本发明实施例具有以下效果：
第一、采用本发明的微纳力源装置后，省去了对于加载电压的精确调节与控制，无需配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地节省了装置成本、减小了装置的体积。
第二、本发明的微纳力源装置由于其输出微纳力值与相交长度呈线性关系，因此在微纳力源标定过程中，无需像标定二次曲线一样复杂，只需标定少量的点就能准确得到装置的输出特性曲线，大幅缩短了微纳力源标定的时间、同时还提高了装置的标定准确度。
第三、本发明的微纳力源装置通过控制内外电容相交长度来扩大力源输出范围，避免了传统装置提高电压扩大力源输出范围所导致的电极击穿现象，大幅提高了微纳力源装置的安全性和稳定性。
第四、本发明的微纳力源装置由于只需控制内外电极的相交长度来控制输出，与传统装置相比免去了稳态直流高压的获取与精密控制，具有更好地抗电磁干扰能力与环境适应性。
在一实施例中，外电极的内轮廓函数为一次分式函数，内电极的外轮廓函数为固定值。外电极的内轮廓函数为一次分式函数，便于计算微纳力源装置的输出力值。
进一步，一次分式函数为
Figure BDA0003636287570000111
内电极的外轮廓函数为f(z)＝A，其中A、B、C和D均为常数。两个函数作差后，其倒数为一次函数，根据公式(4)计算可以得知此时微纳力源装置的输出力值和内外电极的相交长度成线性关系，便于调节微纳力源装置的输出力值。
具体地，根据虚功原理，若内外电极间电压保持恒定时，使内电极运动产生位移dz时，所需要做的功为：
Figure BDA0003636287570000112
其中F为作用于内电极的力值，dz为内外电极相对位置的变化，根据公式(5)可以得到，作用于内电极的力值为：
Figure BDA0003636287570000113
在本实施例中f(z)＝A，
Figure BDA0003636287570000114
代入公式(2)可以得到
Figure BDA0003636287570000115
将式(7)代入式(6)可得：
Figure BDA0003636287570000116
由此可见，输出力值与相交长度zl成线性关系。
需要说明的是，该公式推导是建立在简化模型的基础上得到的，要求内外电极的长度(L)＞＞电极直径，所以在一些情况下，实际装置的线性输出的微纳力值与按照理论公式
Figure BDA0003636287570000117
计算得到的力值会有所差别，因此在实际应用中，可以在确定内外电极的轮廓形状后，再通过校准(即任意取两个电极相交长度z1的值，并标定此时的输出力值)从而获得线性关系式。(实际上不管是传统的柱状微纳力源还是本发明的微纳力源装置，在实际应用中均需要标定输出特性，不能以理想的公式计算值作为实际的输出特性来使用)
具体地，在一实施例中A、B和C分别为2、6.5和1.5。即外电极的内轮廓函数为
Figure BDA0003636287570000121
内电极的外轮廓函数为f(z)＝2。内外电极形状如图4所示，内电极的外轮廓为直线，外电极的内轮廓为满足
Figure BDA0003636287570000122
的曲线。此时力源的输出力值为：F＝kU2ε(1.5+zl)。
由此可见，在其他参数不变的条件下，输出力源与内外电极的相交长度zl成线性关系，如图5所示，由此，只需对其内外电极的相交长度进行控制，就能够改变力源的输出。参见图5，可以对本发明实施例设置几个挡位(如100V，200V，500V)，根据力源输出量程段需要加载某一定值加载电压(100V，200V，500V)，然后控制相交长度来精确控制微纳力源装置的输出。当需要较大的量程时，可以选择较大的加载电压例如500V，当需要较小的量程以提高精度时则可以选择100V加载电压，选择量程后确定加载电压就可以根据相交长度来精确控制微纳力源装置的输出。微纳力源装置由于定值加载电压的获取和稳定性比可调节电压的获取要容易很多，且稳定性也更好，因此可以保证装置电压的稳定性与准确度(具体而言就是如果只需获取100V，200V，500V这三个点的定值加载电压的高稳定性和高准确度是比获取从0V～500V可调节电压的某个值的高准确度和高稳定性是要简单很多的，装置也简单很多)。采用此方法后，本发明不仅可以获得高准确度的输出微纳力，同时还大幅提高了本发明微纳力源装置的输出范围，提高了装置的适用性。
在本发明另一示例性实施例中，令外电极的内轮廓函数为
Figure BDA0003636287570000123
内电极的外轮廓函数为f(z)＝4，其形状参见图6。根据公式(4)可知此时力源的输出微纳力值为：F＝kU2εzl+b，由此可见，在其他参数不变的条件下，输出力值与电容的相交长度zl成线性关系。其相交长度zl和输出力值的关系如图7所示。图7纵坐标F是力源输出微纳力值，横坐标zl是内外电容的相交长度。由图7可明显看出，在本实施例中，力源输出微纳力值与相交长度具有线性关系，其相关系数R2达到0.9973，表明线性关系极好。
在本发明另一示例性实施例中，将内电极的外轮廓函数设为f(z)＝4，内电极的外轮廓函数设为
Figure BDA0003636287570000131
同样也可以使输出力值与电容的相交长度zl成线性关系。
本发明上述实施例中的微纳力源内外电极形状只是其中的一种，只需要满足外电极的内轮廓函数和内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数，且内电极的外轮廓函数为定值(即内电极为圆柱状电容)，则可以使力源的输出微纳力与相交长度成线性关系。
实施例2
本发明实施例还提供一种微纳力源装置的控制方法，适用于如上述的微纳力源装置，参见图8，方法包括：步骤S100、通过控制外电极和内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值。
在如上述的微纳力源装置中，当外电极和内电极间的加载电压一定时，输出力值和相交长度成线性关系。因此，本发明实施例的微纳力源装置的控制方法，只需对其内外电极的相交长度进行控制，就能够改变力源的输出，而目前即便是简单廉价的直线丝杠就能将位置控制精度控制在0.01mm量级，同时由于微纳力源的输出力值与内外电极的相交长度成线性关系，内外电极相交长度控制所产生的误差也只是呈线性的传递到力源的输出，避免了电压调节方式所造成的不确定度放大。采用本发明的方法，省去了对于加载电压的精确调节与控制，无需配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地节省了装置成本、减小了装置的体积。
在一实施例中，该控制方法还包括：判断外电极和内电极间的加载电压是否低于设定电压，当加载电压低于设定电压时，通过控制加载电压大小调节输出力值，当加载电压不低于设定电压时，通过控制外电极和内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值。
例如，在加载电压低于100V时，采用现有的电压控制方法调控输出力值，在加载电压高于100V时，此时不方便调节加载电压，此时采用长度调节输出力值。采用两种调节微纳力源输出力值的方式共同工作，在低电压情况下通过电压调节来控制力源的输出，在高电压时通过控制相交长度调节微纳力源装置的输出力值，调节方式灵活。
在一实施例中，该控制方法还包括，在通过控制外电极和内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值前，还包括，建立输出力值的量程段和外电极和内电极间的加载电压的对应关系，根据输出力值的量程段选择加载电压。
具体地，我们可以对加载电压设置几个挡位(如100V，200V，500V)，根据力源输出量程段需要加载某一定值加载电压(100V，200V，500V)，然后控制相交长度来精确控制微纳力源装置的输出。当需要较大的量程时，可以选择较大的加载电压例如500V，当需要较小的量程以提高精度时则可以选择100V加载电压，选择量程后确定加载电压就可以根据相交长度来精确控制微纳力源装置的输出。由于定值加载电压的获取和稳定性比可调节电压的获取要容易很多，且稳定性也更好，因此可以保证装置电压的稳定性与准确度。采用此方法后，本发明不仅可以获得高准确度的输出微纳力，同时还大幅提高了本发明微纳力源装置的输出范围，提高了微纳力源装置的适用性。通过相交长度的调节和加载电压的调节叠加来形成超大输出范围的微纳力源，并且可以通过选择加载电压档位选择力源输出量程段，使用方便。
本发明实施例一方面在低电压情况下通过电压调节来控制力源的输出，另一方面，可以通过相交长度的调节和加载电压的调节叠加来形成超大输出范围的微纳力源。
实施例3
根据本发明实施例还提供一种微纳力测量设备，参见图9，包括如本发明上述实施例中的微纳力源装置以及长度控制调节装置，长度控制调节装置用于控制外电极和内电极的相交长度。具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
长度控制调节装置可以采用直线丝杠，位置控制精度控制在0.01mm量级，能够省去了对于加载电压的精确调节与控制，无需配备高准确度的直流稳压电源调节控制装置，极大地节省了装置成本、减小了装置的体积。本发明的微纳力源由于其输出微纳力值与相交长度呈线性关系，因此在微纳力源标定过程中，无需像标定二次曲线一样复杂，只需标定少量的点就能准确得到装置的输出特性曲线，大幅缩短了微纳力源标定的时间、同时还提高了装置的标定准确度。此外，本发明的微纳力源装置通过控制内外电容相交长度来扩大力源输出范围，避免了传统装置提高电压扩大力源输出范围所导致的电极击穿现象，大幅提高了装置的安全性和稳定性。由于只需控制内外电极的交叉长度来控制输出，与传统装置相比免去了稳态直流高压的获取与精密控制，具有更好地抗电磁干扰能力与环境适应性。
本发明实施提供的一种微纳力测量设备具有和上述控制方法相同的技术效果，在此不再赘述。
在一实施例中，根据本发明实施例提供的微纳力测量设备，还包括电压判断模块和电压调节模块。
电压判断模块用于判断外电极和内电极间的加载电压是否低于设定电压。具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
电压调节模块用于当加载电压低于设定电压时，通过控制加载电压大小调节输出力值。具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
在一实施例中，微纳力测量设备还包括电压档位调节模块。
电压档位调节模块用于建立输出力值的量程段和加载电压的对应关系，并根据输出力值的量程段选择加载电压。具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
本发明实施例提供的一种微纳力测量设备具有和本发明实施例的控制方法相同的技术效果，在此不再赘述。
实施例4
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该指令被处理器执行时实现上述实施例中微纳力源装置的控制方法的步骤。该存储介质上还存储有音视频流数据，特征帧数据、交互请求信令、加密数据以及预设数据大小等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read－OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(HardDiskDrive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid－StateDrive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read－OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(HardDiskDrive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid－StateDrive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
以上，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微纳力源装置，其特征在于，包括内电极和外电极，所述外电极套设在所述内电极的外部且所述外电极和所述内电极有部分或全部长度相交，所述内电极的外轮廓函数为固定值，且所述外电极的内轮廓函数和所述内电极的外轮廓函数的差的倒数为一次函数。
2.根据权利要求1所述的微纳力源装置，其特征在于，所述外电极的内轮廓函数为一次分式函数。
3.根据权利要求2所述的微纳力源装置，其特征在于，所述一次分式函数为
Figure FDA0003636287560000011
所述内电极的外轮廓函数为f(z)＝A，其中A、B、C和D均为常数。
4.一种微纳力源装置的控制方法，其特征在于，适用于权利要求1至3中任一项所述的微纳力源装置，所述方法包括：通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括：
判断所述外电极和所述内电极间的加载电压是否低于设定电压，当加载电压低于设定电压时，通过控制加载电压大小调节输出力值，当加载电压不低于设定电压时，通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，
在通过控制所述外电极和所述内电极的相交长度调节微纳力源装置的输出力值前，还包括，建立输出力值的量程段和所述外电极和所述内电极间的加载电压的对应关系，根据输出力值的量程段选择加载电压。
7.一种微纳力测量设备，其特征在于，包括如权利要求1至3中任一项所述的微纳力源装置以及长度控制调节装置，所述长度控制调节装置用于控制所述外电极和所述内电极的相交长度。
8.根据权利要求7所述的微纳力测量设备，其特征在于，还包括电压判断模块和电压调节模块，所述电压判断模块用于判断所述外电极和所述内电极间的加载电压是否低于设定电压，所述电压调节模块用于当加载电压低于设定电压时，通过控制加载电压大小调节输出力值。
9.根据权利要求7所述的微纳力测量设备，其特征在于，还包括电压档位调节模块，所述电压档位调节模块用于建立输出力值的量程段和所述外电极和所述内电极间的加载电压的对应关系，并根据输出力值的量程段选择加载电压。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求4－6任一项所述的控制方法。
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