CN110146370B - 一种微小力的加载测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微小力的加载测量装置和方法，包括压电组件、移动组件、第一加载模块、第二加载模块、第一测量模块和处理模块；所述第一加载模块用于通过所述压电组件的形变向所述移动组件施加机械力，并通过所述机械力带动所述移动组件移动；所述第二加载模块用于向所述移动组件施加静电力，并通过所述静电力带动所述移动组件移动；所述第一测量模块用于测量所述移动组件的位移量；所述处理模块用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件所承受的力的大小，所述力包括所述机械力、所述静电力以及粘附力，从而实现了机械加载和电加载的耦合测量。

Description

一种微小力的加载测量装置和方法

技术领域

本发明涉及微纳测量技术领域，更具体地说，涉及一种微小力的加载测量装置和方法。

背景技术

随着精密仪器技术的不断发展，科研及工业领域对材料在微小机械力、微小静电力下的力学行为表征提出了更高的要求。由于微纳样品的尺寸以及对应的力值的范围较小，因此，导致微纳样品的微小机械力以及静电力的加载和测量都比较困难。

其中，微小力的加载主要有机械加载和电加载，对于导电样品而言，常常需要同时测量样品的机械性能和电学性能，即测量样品的机械力和静电力等，但是，现有技术中机械加载和电加载不能同时耦合测量，极大地限制了应用范围。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微小力的加载测量装置和方法，以解决现有技术中不同同时实现机械加载和电加载的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微小力的加载测量装置，包括压电组件、移动组件、第一加载模块、第二加载模块、第一测量模块和处理模块；

所述第一加载模块用于控制所述压电组件产生形变，并通过所述压电组件的形变向所述移动组件施加机械力，通过所述机械力带动所述移动组件移动；

所述第二加载模块用于向所述移动组件施加静电力，并通过所述静电力带动所述移动组件移动；

所述第一测量模块用于测量所述移动组件的位移量；

所述处理模块用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件所承受的力的大小，所述力包括所述机械力和所述静电力。

可选地，所述压电组件朝向所述移动组件的一端承载有待测样品，所述压电组件用于带动所述待测样品移动；

所述移动组件的第一端位于所述待测样品的移动方向上且与所述待测样品之间具有预设距离；

所述待测样品朝向所述压电组件的一端具有第一电极；所述移动组件的第二端固定且所述移动组件的第二端具有第二电极，所述第二端与所述第一端相对设置；

所述第二加载模块通过向所述第一电极和第二电极施加电压，使所述第一电极和所述第二电极之间产生静电力，并将所述静电力施加在所述移动组件上；

所述处理模块还用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件与所述待测样品之间的粘附力。

可选地，还包括第二测量模块；

所述第二测量模块用于测量所述压电组件的位移量；

所述处理模块还用于根据所述压电组件的位移量和所述移动组件的位移量得到所述待测样品的形变量，并根据所述待测样品的形变量以及所述机械力得到所述待测样品的杨氏模量。

可选地，所述微小力的加载测量装置包括光源、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一反射镜至第六反射镜，所述第五反射镜位于所述第二压电组件和所述待测样品之间，并随所述压电组件移动；

所述光源用于出射测量光；

所述第一半透半反镜用于将所述测量光分成第一测量光和第二测量光；

所述第一反射镜用于将所述第一测量光反射至所述移动组件的第一端；

所述第二反射镜用于将所述移动组件的第一端反射的第一测量光反射至所述第一测量模块；

所述第三反射镜和第四反射镜用于将所述第二测量光反射至所述第二半透半反镜；

所述第二半透半反镜用于将所述第二测量光分成第三测量光和第四测量光，将所述第三测量光反射至所述第五反射镜，将所述第四测量光反射至所述第六反射镜，以使所述第五反射镜反射的第三测量光与所述第六反射镜反射的第四测量光发生干涉形成干涉光；

所述第一测量模块用于根据所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量以及预先得到的所述第一测量光的位移量与所述移动组件的位移量的对应关系，得到所述移动组件的位移量；

所述第二测量模块用于根据所述干涉光的条纹数以及所述测量光的波长，得到所述压电组件的位移量。

可选地，所述第一测量模块包括光束质量分析仪和第一计算模块；

所述光束质量分析仪用于测量得到所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量；

所述第一计算模块用于根据所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量以及预先得到的所述第一测量光的位移量与所述移动组件的位移量的对应关系，得到所述移动组件的位移量。

可选地，所述第二测量模块包括光电探测器和第二计算模块；

所述光电探测器用于探测所述干涉光，并将所述干涉光信号转换为电信号；

所述第二计算模块用于根据所述电信号得到所述干涉光的条纹数，并根据所述条纹数以及所述测量光的波长的一半，得到所述压电组件的位移量；

或者，所述第二测量模块包括光电探测器和示波器；

所述光电探测器用于探测所述干涉光，并将所述干涉光信号转换为电信号；

所述示波器用于根据所述电信号得到所述干涉光的光强随电压变化的曲线，以根据所述曲线得到所述干涉光的条纹数，并根据所述条纹数以及所述测量光的波长的一半，得到所述压电组件的位移量。

可选地，还包括显微镜；

所述显微镜用于观察所述待测样品和所述移动组件。

一种微小力的加载测量方法，包括：

第二加载模块向所述移动组件施加静电力，并通过所述静电力带动所述移动组件移动；

第一测量模块测量所述移动组件的位移量，处理模块根据所述移动组件的位移量得到所述静电力；

第一加载模块通过所述压电组件向所述移动组件施加机械力，带动所述移动组件移动；

所述第一测量模块测量所述移动组件的位移量，所述处理模块根据所述移动组件的位移量得到所述机械力。

可选地，还包括：

所述第一加载模块停止工作，使所述移动组件反向移动；

所述第一测量模块测量所述移动组件的位移量，所述处理模块根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件所承受的粘附力。

可选地，还包括：

第二测量模块测量所述压电组件的位移量；

所述处理模块根据所述压电组件的位移量和所述移动组件的位移量得到所述压电组件承载的待测样品的形变量，并根据所述待测样品的形变量以及所述机械力得到所述待测样品的杨氏模量。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的微小力的加载测量装置和方法，第一加载模块通过压电组件形变向移动组件施加机械力，并通过机械力带动移动组件移动，第二加载模块向移动组件施加静电力，并通过静电力带动移动组件移动，第一测量模块测量移动组件的位移量，处理模块根据移动组件的位移量得到机械力和静电力的大小，从而实现了机械加载和电加载的耦合测量，扩大了装置的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种微小力的加载测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种加载测量装置的部分结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种微小力的加载测量装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种加载测量装置的部分结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种微小力的加载测量方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的压电陶瓷输出位移-驱动电压曲线图；

图7为本发明实施例提供的一种静电力测量模式下压电组件和移动组件的位置关系示意图；

图8为本发明实施例提供的电容与电极间距的变化关系曲线图；

图9为本发明实施例提供的静电力与电极间距的变化关系曲线图；

图10为本发明实施例提供的一种机械力测量模式下压电组件和移动组件的位置关系示意图；

图11为本发明实施例提供的一种粘附力测量模式下压电组件和移动组件的位置关系示意图。

具体实施方式

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。

本发明实施例提供了一种微小力的加载测量装置，如图1所示，包括压电组件10、移动组件11、第一加载模块12、第二加载模块13、第一测量模块14和处理模块15。

其中，第一加载模块12用于控制压电组件10形变，并通过压电组件10的形变向移动组件11施加机械力，通过机械力带动移动组件11移动；第二加载模块13用于向移动组件10施加静电力，并通过静电力带动移动组件11移动；第一测量模块14用于测量移动组件11的位移量；处理模块15用于根据移动组件11的位移量得到移动组件11所承受的力的大小，该力包括机械力和静电力。

可选地，如图2所示，本发明实施例中的压电组件10为压电陶瓷，移动组件11为悬臂梁，该悬臂梁的第一端固定，该悬臂梁的第二端即移动端位于压电组件10上方一定距离内。第一加载模块12为第一电压源，第二加载模块13为第二电压源。处理模块15包括计算机等。

当第二电压源在悬臂梁上施加静电力时，即在静电力测量模式下，悬臂梁的移动端会在静电力的作用下移动，第一测量模块14测量得到悬臂梁的位移量之后，处理模块15根据悬臂梁的位移量得到静电力的大小。

当第一电压源在压电陶瓷上施加电压时，即在机械力测量模式下，压电陶瓷会发生微小形变，压电陶瓷会向上方移动，当压电陶瓷的移动距离大于其与悬臂梁之间的距离时，压电陶瓷会带动悬臂梁的移动端一起移动，即压电陶瓷会通过自身形变产生的机械力带动悬臂梁一起移动。第一测量模块14测量得到悬臂梁的位移量之后，处理模块15根据悬臂梁的位移量得到机械力的大小。

进一步地，如图3和图4所示，压电组件10朝向移动组件11的一端承载有待测样品20，压电组件10用于带动待测样品20移动；移动组件11的第一端即移动端位于待测样品20的移动方向上且与待测样品20之间具有预设距离；待测样品20朝向压电组件10的一端具有第一电极16；移动组件11的第二端固定且移动组件11的第二端具有第二电极17，第二端与第一端相对设置。其中，第二加载模块13通过向第一电极16和第二电极17施加电压，使第一电极16和第二电极17之间产生静电力，并将静电力施加在移动组件11上。处理模块15还用于根据移动组件11的位移量得到移动组件11与待测样品20之间粘附力的大小。

也就是说，当第一电压源在压电陶瓷上施加电压时，即在机械力测量模式下，压电陶瓷发生微小形变，压电陶瓷带动待测样品20和悬臂梁的移动端共同移动，之后，第一测量模块14测量得到悬臂梁的位移量，处理模块15根据悬臂梁的位移量得到悬臂梁承受的机械力的大小。

当第一电压源断电后，在粘附力测量模式下，压电陶瓷反向移动，此时，待测样品20和悬臂梁之间有粘附力，通过第一测量模块14测量得到悬臂梁的位移量之后，处理模块15根据悬臂梁的位移量得到待测样品20与悬臂梁之间粘附力的大小。

可选地，如图3所示，本发明实施例中的微小力的加载测量装置还包括第二测量模块18。第二测量模块18用于测量压电组件10的位移量；处理模块15还用于根据压电组件10的位移量和移动组件11的位移量得到待测样品20的形变量，并根据待测样品20的形变量以及机械力得到待测样品20的杨氏模量。

具体地，根据公式F＝-3EIδ_移动组件/l³可以计算出力F的大小，其中，力F包括机械力、静电力和粘附力等，δ_移动组件为移动组件11移动端的位移量，l为移动组件11的长度，E为弹性模量，I为惯性矩。

当压电组件10带动待测样品20向移动组件11挤压施加机械力时，由于力是相互的，因此，待测样品20也会发生微小形变。也就是说，在机械力测量模式先，根据公式δ_样品＝δ_压电组件-δ_移动组件可以计算出待测样品20的形变量δ_样品，其中，δ_压电组件为压电组件10的位移量，δ_移动组件为移动组件11的位移量，即第一测量模块14得到移动组件11的位移量，第二测量模块18得到压电组件10的位移量之后，处理模块15可以根据公式δ_样品＝δ_压电组件-δ_移动组件得到待测样品20的形变量δ_样品，根据公式F＝-3EIδ/l³得到机械力的大小后，即可根据公式E_杨氏＝(F/S)/(δ_样品/l)得到待测样品20的杨氏模量E_杨氏。其中，S为待测样品20与悬臂梁的接触面积，l为待测样品20的原长。

本发明实施例中，如图3所示，微小力的加载测量装置包括光源19、第一半透半反镜210、第二半透半反镜220、第一反射镜211、第二反射镜212、第三反射镜213、第四反射镜214、第五反射镜215和第六反射镜216，第五反射镜215位于压电组件10和待测样品20之间，如位于压电组件10和第一电极16之间，并随压电组件10移动。也就是说，第五反射镜215的移动量等于压电组件10的移动量。

其中，光源19可以为激光光源等。光源19用于出射测量光；第一半透半反镜210用于将测量光分成第一测量光和第二测量光；第一反射镜211用于将第一测量光反射至移动组件11的第一端；第二反射镜212用于将移动组件11的第一端反射的第一测量光反射至第一测量模块14；第三反射镜213和第四反射镜214用于将第二测量光反射至第二半透半反镜220；第二半透半反镜220用于将第二测量光分成第三测量光和第四测量光，将第三测量光反射至第五反射镜215，将第四测量光反射至第六反射镜216，以使第五反射镜215反射的第三测量光与第六反射镜216反射的第四测量光发生干涉形成干涉光。

本发明实施例中，第一测量模块14用于根据压电组件10的第一端反射的第一测量光的位移量以及预先得到的第一测量光的位移量与移动组件11的位移量的对应关系，得到移动组件11的位移量；第二测量模块18用于根据干涉光的条纹数以及测量光的波长的一半，得到压电组件10的位移量。

可选地，第一测量模块14包括光束质量分析仪和第一计算模块；光束质量分析仪用于测量得到移动组件11的第一端反射的第一测量光的位移量；第一计算模块用于根据移动组件11的第一端反射的第一测量光的位移量以及预先得到的第一测量光的位移量与移动组件11的位移量的对应关系，得到移动组件11的位移量。

可选地，第二测量模块18包括光电探测器和第二计算模块；光电探测器用于探测干涉光，并将干涉光信号转换为电信号；第二计算模块用于根据电信号得到干涉光的条纹数，并根据条纹数以及测量光的波长的一半，得到压电组件10的位移量。

或者，第二测量模块18包括光电探测器和示波器；光电探测器用于探测干涉光，并将干涉光信号转换为电信号；示波器用于根据电信号得到干涉光的光强随电压变化的曲线，以便用户根据曲线得到干涉光的条纹数，并根据条纹数以及测量光的波长的一半，得到压电组件10的位移量。

需要说明的是，本发明实施例提供的微小力的加载测量装置还包括光学显微镜，该光学显微镜用于观察待测样品20和移动组件11等的力学行为。

具体地，光学显微镜的镜头位于第一电极16和第二电极17的上方，用于观察电极材料在静电力下的力学行为，以及用于确定待测样品20与悬臂梁接触与脱附的状态。或者，在进行静电力及机械力加载时，可以通过光学显微镜实时对待测样品20进行观察。当然，在使用光学显微镜前，应选择合适的倍率，并调整对应的焦距，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种微小力的加载测量方法，如图5所示，包括：

S101：第二加载模块向移动组件施加静电力，并通过静电力带动移动组件移动；

S102：第一测量模块测量移动组件的位移量，处理模块根据移动组件的位移量得到静电力；

可选地，参考图2，本发明实施例中的压电组件10为压电陶瓷，移动组件11为悬臂梁，该悬臂梁的第一端固定，该悬臂梁的第二端即移动端位于压电组件10上方一定距离内。第一加载模块12为第一电压源，第二加载模块13为第二电压源。处理模块15包括计算机等。

当第二电压源在悬臂梁上施加静电力时，悬臂梁的移动端会在静电力的作用下移动，第一测量模块14测量得到悬臂梁的位移量之后，处理模块15根据悬臂梁的位移量得到静电力的大小。

S103：第一加载模块通过压电组件向移动组件施加机械力，并通过机械力带动移动组件移动；

S104：第一测量模块测量移动组件的位移量，处理模块根据移动组件的位移量得到机械力。

当第一电压源在压电陶瓷上施加电压时，压电陶瓷会发生微小形变，压电陶瓷会向上方移动，当压电陶瓷的移动距离大于其与悬臂梁之间的距离时，压电陶瓷会带动悬臂梁的移动端一起移动，即压电陶瓷会通过自身形变产生的机械力带动悬臂梁一起移动。第一测量模块14测量得到悬臂梁的位移量之后，处理模块15根据悬臂梁的位移量得到机械力的大小。

可选地，当压电组件上承载有待测样品时，本发明实施例提供的方法还包括：

第一加载模块停止工作，移动组件反向移动；

第一测量模块测量移动组件的位移量，处理模块根据移动组件的位移量得到移动组件和待测样品之间的粘附力；

当第一电压源断电后，压电陶瓷恢复原状，即反向移动，此时，待测样品和悬臂梁之间有粘附力，通过第一测量模块14测量得到悬臂梁的位移量之后，处理模块15根据悬臂梁的位移量得到粘附力的大小。

可选地，本发明实施例提供的加载测量方法还包括：

第二测量模块测量压电组件的位移量；

处理模块根据压电组件的位移量和移动组件的位移量得到压电组件承载的待测样品的形变量，并根据待测样品的形变量以及机械力得到待测样品的杨氏模量。

也就是说，在机械力测量模式下，第一测量模块14得到移动组件11的位移量，第二测量模块18得到压电组件10的位移量之后，处理模块15即可根据公式δ_样品＝δ_压电组件-δ_移动组件得到待测样品20的形变量δ_样品，根据公式F＝-3EIδ/l³得到机械力的大小后，即可根据公式E_杨氏＝(F/S)/(δ_样品/l)得到待测样品20的杨氏模量E_杨氏。

下面以图3和图4所示的结构为例，对微小力的加载测量过程进行说明。

在进行微小力测量之前，需根据所需测量力的范围选择合适的移动组件11即悬臂梁，确保第一测量光的光点的移动范围在第一测量模块14的接收范围内。

之后，在光学显微镜下使压电组件10即压电陶瓷轻轻贴近悬臂梁，而不使悬臂梁产生位移。然后，通过调节不同的电压值，控制压电陶瓷达到不同的位移量，控制悬臂梁达到不同的位移量。需要说明的是，此时需将压电陶瓷视为刚体，则压电陶瓷的位移量等于悬臂梁的位移量，则可以建立悬臂梁位移量和第一测量光的光点移动量的一一对应关系。

将待测样品20固定在样品台上，调节光学显微镜的倍率和工作距离，使待测样品20能够清晰成像。在光学显微镜下，保持待测样品20与悬臂梁的平行，并使两者的间距大于所需的测试间距D。

之后，开启光源19，光源19发出的测量光被第一半透半反镜210分成第一测量光和第二测量光，第一反射镜211将第一测量光反射至移动组件11的第一端，第二反射镜212将移动组件11的第一端反射的第一测量光反射至第一测量模块14。第三反射镜213和第四反射镜214将第二测量光反射至第二半透半反镜220，第二半透半反镜220将第二测量光分成第三测量光和第四测量光，并将第三测量光反射至第五反射镜215，将第四测量光反射至第六反射镜216，第五反射镜215反射的第三测量光与第六反射镜216反射的第四测量光发生干涉形成干涉光。

之后，开启第一加载模块12即开启第一电压源，调节第一电压源的电压值，使压电陶瓷移动，其中，压电陶瓷的输出位移与驱动电压曲线图如图6所示，图6中上部曲线代表升压过程，下部曲线代表降压过程。通过第二测量模块18获得压电陶瓷的位移量，使得待测样品20和悬臂梁的间距达到所需的测试间距D。

之后，开启第二加载模块13即开启第二电压源，并设置第一电极16和第二电极17之间的电压值，通过向第一电极16和第二电极17施加电压，将第一电极16和第二电极17之间的静电力施加在位于第一电极16和第二电极17之间的悬臂梁上，如图7所示，在静电力作用下，悬臂梁会向待测样品20移动。此时，可以通过光学显微镜观察待测样品20等的力学行为。

悬臂梁移动后，悬臂梁反射的第一测量光的光点位置也会移动，第一测量模块14采集到第一测量光的光点的位置移动量后，根据悬臂梁位移量和第一测量光的光点移动量的一一对应关系得到悬臂梁的位移量δ_移动组件。之后处理模块15即可根据公式F＝-3EIδ_移动组件/l³得到悬臂梁承受的静电力的大小。

需要说明的是，第一电极16和第二电极17之间具有恒定的电势差V和电容C。电容C、静电势能W、静电力F_E如下(1)、(2)、(3)式所示。式中ε为相对介电常数，ε₀为真空中介电常数，电容C、静电力F_E随第一电极16和第二电极17的间距的变化曲线如图8、9所示。

之后，关闭第二电压源，待悬臂梁稳定后，通过调节第一电压源控制压电陶瓷继续移动，使得压电陶瓷带动待测样品20与悬梁臂接触，但不使第一测量光的光点移动，即不向悬臂梁施加机械力或压力，之后，继续调节第一电压源，使待测样品20向悬臂梁施加机械力或压力，如图10所示，悬臂梁会向远离待测样品20的方向移动。

第一测量模块14采集到第一测量光的光点的位置移动量后，即采集到施加压力之前和之后的光点位置移动量后，根据悬臂梁位移量和第一测量光的光点移动量的一一对应关系得到悬臂梁的位移量δ_移动组件。之后处理模块15即可根据公式F＝-3EIδ_移动组件/l³得到悬臂梁承受的机械力或压力的大小。

第二测量模块18采集到干涉光后，根据干涉光的条纹数以及测量光的波长的一半，得到压电陶瓷的位移量δ_压电组件。压电陶瓷的位移量δ_压电组件等于干涉光的条纹数乘以测量光的波长的一半。之后处理模块15即可根据公式δ_样品＝δ_压电组件-δ_移动组件可以计算出待测样品20的形变量δ_样品，根据公式E_杨氏＝(F/S)/(δ_样品/l)得到待测样品20的杨氏模量E_杨氏。需要说明的是，当压电陶瓷和第五反射镜215移动后，第三测量光和第四测量光的光程差会发生变化，干涉光斑明暗条纹的条数也会发生变化。

之后，关断第一电压源，压电陶瓷反向移动，如图11所示，待测样品20和悬臂梁脱附，粘附力使悬臂梁发生反向位移，第一测量模块14采集到第一测量光的光点的位置移动量后，根据悬臂梁位移量和第一测量光的光点移动量的一一对应关系得到悬臂梁的位移量δ_移动组件。之后处理模块15即可根据公式F＝-3EIδ_移动组件/l³得到悬臂梁承受的粘附力的大小。

本发明所提供的微小力的加载测量装置和方法，第一加载模块使所述压电组件发生形变，并通过所述压电组件形变产生的机械力带动所述移动组件移动，所述第二加载模块向所述移动组件施加静电力，并通过所述静电力带动所述移动组件移动，所述第一测量模块测量所述移动组件的位移量，所述处理模块根据所述移动组件的位移量得到所述机械力和所述静电力的大小，从而实现了机械加载和电加载的耦合测量，扩大了装置的应用范围，有效的解决了在不同仪器上分别测量静电力和机械力所带来的样品转移，测量精度差异以及测试点变化的问题。并且，本发明实施例提供的微小力的加载测量装置和方法，解决了原位实时观测待测样品的力学行为的问题，有助于将力学及电学测试曲线与待测样品的实际运动变化联系起来。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种微小力的加载测量装置，其特征在于，包括压电组件、移动组件、第一加载模块、第二加载模块、第一测量模块、第二测量模块、处理模块、光源、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一反射镜至第六反射镜，所述第五反射镜位于所述压电组件和待测样品之间，并随所述压电组件移动；

所述压电组件朝向所述移动组件的一端承载有待测样品，所述压电组件用于带动所述待测样品移动；

所述移动组件的第一端位于所述待测样品的移动方向上且与所述待测样品之间具有预设距离；

所述待测样品朝向所述压电组件的一端具有第一电极；所述移动组件的第二端固定且所述移动组件的第二端具有第二电极，所述第二端与所述第一端相对设置；

所述第一加载模块用于控制所述压电组件产生形变，并通过所述形变向所述移动组件施加机械力，通过所述机械力带动所述移动组件移动；

所述第二加载模块通过向所述第一电极和第二电极施加电压，使所述第一电极和所述第二电极之间产生静电力，并将所述静电力施加在所述移动组件上，通过所述静电力带动所述移动组件移动；

所述光源用于出射测量光；

所述第一半透半反镜用于将所述测量光分成第一测量光和第二测量光；

所述第一反射镜用于将所述第一测量光反射至所述移动组件的第一端；

所述第二反射镜用于将所述移动组件的第一端反射的第一测量光反射至所述第一测量模块；

所述第三反射镜和第四反射镜用于将所述第二测量光反射至所述第二半透半反镜；

所述第二半透半反镜用于将所述第二测量光分成第三测量光和第四测量光，将所述第三测量光反射至所述第五反射镜，将所述第四测量光反射至所述第六反射镜，以使所述第五反射镜反射的第三测量光与所述第六反射镜反射的第四测量光发生干涉形成干涉光；

所述第一测量模块用于根据所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量以及预先得到的所述第一测量光的位移量与所述移动组件的位移量的对应关系，得到所述移动组件的位移量；

所述第二测量模块用于根据所述干涉光的条纹数以及所述测量光的波长，得到所述压电组件的位移量；

所述处理模块用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件所承受的力的大小，所述力包括所述机械力和所述静电力；所述处理模块还用于根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件与所述待测样品之间的粘附力；所述处理模块还用于根据所述压电组件的位移量和所述移动组件的位移量得到所述待测样品的形变量，并根据所述待测样品的形变量以及所述机械力得到所述待测样品的杨氏模量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一测量模块包括光束质量分析仪和第一计算模块；

所述光束质量分析仪用于测量得到所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量；

所述第一计算模块用于根据所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量以及预先得到的所述第一测量光的位移量与所述移动组件的位移量的对应关系，得到所述移动组件的位移量。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二测量模块包括光电探测器和第二计算模块；

所述光电探测器用于探测所述干涉光，并将所述干涉光信号转换为电信号；

所述第二计算模块用于根据所述电信号得到所述干涉光的条纹数，并根据所述条纹数以及所述测量光的波长的一半，得到所述压电组件的位移量；

或者，所述第二测量模块包括光电探测器和示波器；

所述光电探测器用于探测所述干涉光，并将所述干涉光信号转换为电信号；

所述示波器用于根据所述电信号得到所述干涉光的光强随电压变化的曲线，以根据所述曲线得到所述干涉光的条纹数，并根据所述条纹数以及所述测量光的波长的一半，得到所述压电组件的位移量。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括显微镜；

所述显微镜用于观察所述待测样品和所述移动组件。

5.一种微小力的加载测量方法，其特征在于，应用于权利要求1～4任一项所述的微小力的加载测量装置，所述测量方法包括：

第二加载模块通过向第一电极和第二电极施加电压，使所述第一电极和所述第二电极之间产生静电力，并将所述静电力施加在移动组件上，通过所述静电力带动所述移动组件移动；

第一测量模块根据所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量以及预先得到的所述第一测量光的位移量与所述移动组件的位移量的对应关系，得到所述移动组件的位移量，处理模块根据所述移动组件的位移量得到所述静电力；

第一加载模块控制压电组件产生形变，并通过所述形变向所述移动组件施加机械力，通过所述机械力带动所述移动组件移动；

所述第一测量模块根据所述移动组件的第一端反射的第一测量光的位移量以及预先得到的所述第一测量光的位移量与所述移动组件的位移量的对应关系，得到所述移动组件的位移量，所述处理模块根据所述移动组件的位移量得到所述机械力。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

所述第一加载模块停止工作，使所述移动组件反向移动；

所述第一测量模块测量所述移动组件的位移量，所述处理模块根据所述移动组件的位移量得到所述移动组件所承受的粘附力。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

第二测量模块测量所述压电组件的位移量；

所述处理模块根据所述压电组件的位移量和所述移动组件的位移量得到所述压电组件承载的待测样品的形变量，并根据所述待测样品的形变量以及所述机械力得到所述待测样品的杨氏模量。

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