CN207050818U - 一种新型的微小物体质量测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型的微小物体质量测量仪，该装置利用了劈尖干涉原理与胡克定律。钠光灯光线直射到劈尖表面，产生干涉条纹，利用待测物体的重力使弹簧产生一个微小的形变量，弹簧通过连杆带动劈尖上下板相对转动，使干涉条纹的间距发生改变，CCD检测系统可以通过读数显微镜捕捉到干涉条纹的变化，并将其转变为电信号输入到计算机进行计算出待测物体的质量。本实用新型技术方案新颖、创新度高，系统稳定性好、精确度高、且成本低。该测量仪在k=3.712N/m的情况下理论上的测量范围为20‑50mg，测量精度达到1mg。且可以通过更换弹簧从而可以适应不同的量程要求，具有很大的实用性。

Description

一种新型的微小物体质量测量仪

技术领域

本实用新型属于微小物体质量测量技术领域，特别涉及一种基于劈尖干涉原理的微小物体质量测量仪。

背景技术

测量质量的仪器很多，但要测量微小质量就要用误差小、操作比较稳定的仪器。分析天平和扭力天平的测量精度都比较高，也比较稳定，但操作繁琐，自动化程度不高，各种接触摩擦造成的误差大，且价格昂贵。虽然电子天平实现了自动化测量，能够精确测量各种物体的质量，操作简单，但是设计复杂，成本高。

实用新型内容

为了精确测量微小物体的质量，本实用新型提供一种精度高、操作简单、成本低廉的微小物体质量测量仪。

为了实现上述目的，其技术解决方案为：

一种新型的微小物体质量测量仪，包括支架、托盘、弹性悬挂线、连接杆、劈尖、支撑台、读数显微镜、CCD检测系统、钠光灯和计算机，所述托盘通过弹性悬挂线悬挂于支架上，所述连接杆一端固定在托盘或弹性悬挂线上、另一端与劈尖的上板连接，劈尖的上板与下坂转动连接，劈尖下板和读数显微镜置于支撑台上，钠光灯产生的定波长的光照射在劈尖上，读数显微镜的物镜对准劈尖、目镜上设置CCD检测系统的探测头，CCD检测系统连接至计算机。

进一步，所述弹性悬挂线为弹簧。

进一步，所述支撑台为高度可调节的升降台。通过调节升降台的高度使得连接杆和劈尖的上玻璃相接触。

钠光灯光线直射到劈尖表面，产生干涉条纹，将待测物体置于托盘，由于自身重力将产生一个向下的力，该力拉动连杆和弹簧向下移动，弹簧产生一个微小的形变量，连杆带动劈尖向下转动同样的距离，即劈尖向下的移动的Δh与弹簧的形变量Δl相同，此时由于劈尖间距改变干涉条纹的间距也发生改变，干涉条纹的变化是一种光信号，CCD检测系统可以通过读数显微镜捕捉到它的变化，并将其转变为电信号输入到计算机进行处理，通过特定的程序即可算出待测物体的质量。

本实用新型将光的干涉现象与胡克定律结合起来测量质量，方案新颖、创新度高，系统稳定性好、精确度高、且成本低。该测量仪在k＝3.712N/m的情况下理论上的测量范围为20-50mg，测量精度达到1mg。且可以通过更换弹簧从而可以适应不同的量程要求，具有很大的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中涉及的劈尖的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供一种新型的微小物体质量测量仪，包括支架1、托盘3、弹性悬挂线2、连接杆4、劈尖5、支撑台6、读数显微镜7、CCD检测系统8、钠光灯9和计算机。

支架1为“工”字型，托盘3通过弹性悬挂线2悬挂于支架1上。弹性悬挂线2为弹簧，当然还可以为弹性绳等。弹簧一端通过细铜线悬于支架1上端横梁中部，弹簧2另一端与托盘3相连。

连接杆4一端固定在托盘3或弹性悬挂线2上、另一端与劈尖5的上板连接，劈尖5是两块可微小转动的轻质平板玻璃，劈尖5下板和读数显微镜7置于支撑台6上，支撑台6为高度可调节的升降台，通过调节升降台的高度使得连接杆和劈尖的上玻璃相接触。

钠光灯9产生的定波长的光照射在劈尖5上，读数显微镜7的物镜对准劈尖5以观测劈尖5条纹数的变化，目镜上设置CCD检测系统8的探测头以获取光信号，CCD检测系统8连接至计算机10，经过计算机的处理可以直接显示待测物体的质量。

本实施例的装置测量原理如下：钠光灯光线直射到劈尖表面，产生干涉条纹，将待测物体置于托盘，由于自身重力将产生一个向下的力，该力拉动连杆和弹簧向下移动，弹簧产生一个微小的形变量，连杆带动劈尖向下转动同样的距离，即劈尖向下的移动的Δh与弹簧的形变量Δl相同，此时由于劈尖间距改变干涉条纹的间距也发生改变，干涉条纹的变化是一种光信号，CCD检测系统可以通过读数显微镜捕捉到它的变化，并将其转变为电信号输入到计算机进行处理，通过特定的程序即可算出待测物体的质量。

物体的质量计算方法如下所示：

劈尖上板10和下板11均为光学平面薄玻璃片，参见图2，上、下板间通过薄片12支撑形成一个劈尖的空气薄层，可以视为一个空气劈尖，假设某处薄层高度为d，用波长为λ单色平行光束13从上面垂直照射，通过读数显微镜7在上板10上方即可观察到等厚干涉所产生的明暗相间条纹，条纹数为a。

由干涉条件得：

式中光程差中的半波为光从光疏物质射向光密物质反射时所产生的半波损失。

测物体质量时，待测物体的重力会通过连杆使得劈尖上板10受压移动，平衡时薄层高度将会变化d'，用同样的单色平行光束从上面垂直照射，在劈尖上板10上将观察到b条等厚干涉条纹，由干涉条件可得：

联上(1)、(2)式得

由于薄层的介质为空气，空气的折射率约为1，即n取1，即即可根据条纹宽度的变化j算出移动的高度d'-d，再根据胡可定律得：

(d'-d)*k＝mg (4)

由(4)式得：

本实施例将光的干涉现象与胡克定律结合起来测量质量，方案新颖、创新度高，系统稳定性好、精确度高、且成本低。该测量仪在k＝3.712N/m的情况下理论上的测量范围为20-50mg，测量精度达到1mg。且可以通过更换弹簧从而可以适应不同的量程要求，具有很大的实用性。

本实用新型所涉及到的方法或软件均为现有技术，不属于本实用新型的创新内容，本实用新型只对硬件进行改进与创新。

Claims (3)

1.一种新型的微小物体质量测量仪，其特征在于：包括支架(1)、托盘(3)、弹性悬挂线(2)、连接杆(4)、劈尖(5)、支撑台(6)、读数显微镜(7)、CCD检测系统(8)、钠光灯(9)和计算机，所述托盘(3)通过弹性悬挂线(2)悬挂于支架(1)上，所述连接杆(4)一端固定在托盘(3)或弹性悬挂线(2)上、另一端与劈尖(5)的上板连接，劈尖(5)的上板与下坂转动连接，劈尖(5)下板和读数显微镜(7)置于支撑台(6)上，钠光灯(9)产生的定波长的光照射在劈尖(5)上，读数显微镜(7)的物镜对准劈尖(5)、目镜上设置CCD检测系统(8)的探测头，CCD检测系统(8)连接至计算机(10)。

2.根据权利要求1所述的微小物体质量测量仪，其特征在于：所述弹性悬挂线(2)为弹簧。

3.根据权利要求1所述的微小物体质量测量仪，其特征在于：所述支撑台(6)为高度可调节的升降台。