专利名称：微纳米卡尺的制作方法
技术领域：
本发明涉及物理测量技术领域，具体涉及一种长度测量的微纳米卡尺。
背景技术：
在工农业生产、国防建设以及科研工作中，人们需要对物体进行度量，如机械工业 生产中常用的游标卡尺、地理测绘上的红外测距仪等等，但传统的这些长度测量仪器和工 具，其测量精度只能达到毫米级，无法提高到微米级、纳米级，因此，不能满足迅速发展的工 农业生产，国防建设和科研工作对于计量精度的需求，束缚和制约科学技术的发展和应用， 成为国内外物理测量技术领域的一大技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决上述现有技术存在的问题，而提供一种充分 利用液位变量精确测量长度、极大提高测量精度、实现微观领域的测量计量、适应工农业生 产、国防建设和科研工作需求的微纳米卡尺。本发明采用的技术方案是这种微纳米卡尺，包括横坐标导轨和纵坐标轴，横坐标 导轨内装有能滑动的水平轴，水平轴上装有能滑动或固定的托架，托架上固定安装有定位 液压缸，水平轴另侧装有推动连杆，推动连杆一端能在水平轴上滑动调节或固定，推动连杆 与测量液压缸的活塞杆连接，测量液压缸的缸底与纵坐标轴连接固定，测量液压缸连接有 与液压缸内腔连通的测量管。上述技术方案中，横坐标导轨为标有长度刻度的金属轨道。上述技术方案中，定位液压缸为测量初始定位液压缸，定位液压缸的活塞杆端头 朝向纵坐标轴，定位液压缸的上部安装有与缸内腔连通的液量可视管。上述技术方案中，测量液压缸上还安装有液压油可视量管。上述技术方案中，测量管为可视液位测量管，上面标有可视厘米、毫米、微米或纳 米度量读数尺。上述技术方案中，所述的定位液压缸和测量液压缸包括单活塞液压容器或油缸、 双活塞液压容器或油缸或多活塞液压容器或油缸。上述技术方案中，所述的测量管为能承受压力、又能看清标示刻度数据的圆形管 或方形管、多边形管，测量管长度至少大于10厘米。上述技术方案中，定位液压缸和测量液压缸包括圆柱体、三角形体、方形体、梯形 体、菱形体、平行四边形体或多边形体的液压容器或油缸。上述技术方案中，定位液压缸和测量液压缸包括由两个或多个相同液压容器或油 缸组合而成的复合液压容器或油缸，或者由两个或多个不同液压容器或油缸组合而成的复 合液压容器或油缸。测量液压缸和测量管的工作原理1.功能原理由于测量液压缸的液压容器或油缸大于标有可视度量尺的测量管，例如采用圆形液压容器或油缸，其直径大，而安装连接的可视读数尺测量管直径小，液压容器或 油缸活塞移动距离与截面积之积排出的这些液压油全部进入可视度量读数尺测量管，由于 可视度量读数尺测量管截面积成倍小于液压容器或油缸的截面积，那么，液压油在可视度 量尺测量管内移动的距离将成倍放大。2.按圆柱形液压容器或油缸半径为1米和圆柱形可视度量尺测量管半径为0.1毫米 比例，化作微米为100 0 000微米比100微米，半径长度比为10000:1 ·截面积比计算为液压容器或油紅1000 000x1 000 000x3. 14= 3 140 000 000 000 平方微米测量管100x100x3. 14=31400平方微米 即面积比为100 000 000:1那么，液压容器或油缸的活塞压缩1微米时，有3140 000 000 000立方微米的液压油 进入到截面积为31400平方微米的可视度量尺测量管内，行程距离长度为100 000 000微 米，可视位移放大了一亿倍。同样，肉眼很难发现的液压容器或油缸的活塞位移0. 00001 微米时，流入可视度量尺测量管的液压油行程距离长度是1000微米，即肉眼可视长度为1毫 米，因而能测出肉眼很难发现的活塞位移0. 00001微米的微小变化，这个原理可以精确测量 长度、面积、体积、容积、压力等等，是准确位移的有效依据。结合实际应用，根据不同需求，任 意调节液压容器或油缸半径与可视度量尺测量管半径比，完全可以达到极高的精密要求。3.工作原理测距工作前，关闭加液压油的孔管，连杆受外力作用，推动连接活塞杆，活塞在液压容 器或油缸里移动时，容器内的液压油受压力影响，被压进液量可视管，当可视液量管冒出液 压油时，容器内形成充满油无空气状态，进入测距初始状态。先确定被测物体的厘米和毫米 长度，按需要分别装上可视厘米读数尺、毫米可视读数尺或微米读数尺的测量管，当活塞继 续受力时，压进可视厘米读数尺测量管的液压油，就是换算得到的厘米读数，同样，压进可 视毫米读数尺测量管的液压油，就是换算得到的毫米读数，压进可视微米读数尺测量管液 压油就是换算得到的微米读数，以及换算得到的纳米读数。被压出的液压油，可全部回收至转换的液压容器或油缸，通过压缩活塞，象注射器 一样，再次压进液压容器或油缸进行循环测量。本发明充分利用液压缸液压容器或油缸液位变量原理精确测量长度，极大提高了 测量精度，实现了微观领域的测量计量，解决了传统技术测量长度只能达到毫米级无法实 现微米级、纳米级的技术难题，本发明适应飞速发展的工农业生产、国防建设和科研工作的 需求。本发明是长度测量仪器和测量工具技术上的飞跃和突破，为科学技术的进步提供了 一种简单、适用，但科技含量高的新型计量工具。
图1为本发明结构示意图。附图标注说明I—横坐标导轨2——水平轴3——托架4——定位液压缸5——推动连杆6——活塞杆7——测量液压缸 8——纵坐标轴 9——定位液压缸活塞杆 10——定位液量可视管II——定位液压缸活塞12——被测物体 13——测量液压缸缸底14——测量液压缸活塞 15——液量可视管16——测量管。
具体实施例方式参见图1，本发明的这种微纳米卡尺，包括横坐标导轨1和纵坐标轴8，横坐标导轨 1内装有能滑动的水平轴2，水平轴2上装有能滑动或固定的托架3，托架3上固定安装有定 位液压缸4，水平轴另侧装有推动连杆5，推动连杆一端能在水平轴上滑动调节或固定，推 动连杆5与测量液压缸7的活塞杆连接，测量液压缸7的缸底与纵坐标轴8连接固定，测量 液压缸连接有与液压缸内腔连通的测量管16，横坐标导轨为标有长度刻度的金属轨道，定 位液压缸4为测量初始定位液压缸，定位液压缸的活塞杆端头朝向纵坐标轴，定位液压缸 的上部安装有与缸内腔连通的液量可视管15，测量液压缸上还安装有液压油可视量管，测 量管为可视液位测量管16，上面标有可视厘米、毫米、微米或纳米度量读数尺。参见图1，本发明的结构和工作过程如下在横坐标上设立标有刻度的金属导轨 1，导轨1内装有可以水平左右滑动的水平轴2，轴2上方装有可以水平滑动也可以固定的托 架3，托架3上固定装有液压容器或油缸定位液压缸4，轴2下方装有可以水平滑动也可以 固定的推动连杆5，推动连杆5连接活塞杆6，托架3和推动连杆5固定在轴2上以后，轴2 左右水平移动时，托架3和推动连杆5也和轴2同步移动。在纵坐标下部装有液压容器或 油缸测量液压缸7，液压容器或油缸7的边壁缸底13垂直固定在纵坐标轴8上，纵坐标轴 8便于作为对物体一点的定位，同时也对液压容器或油缸测量液压缸7起到稳固作用，也就 形成了纵坐标基准轴。液压容器或油缸定位液压缸4连接装有活塞11，活塞11连接活塞杆 9，液压容器或油缸4装有定位液量可视管10。测物长度时，将被测物体12紧靠纵坐标，放 在正坐标系内，推动液压容器或油缸4，当活塞杆9接触被测物体12时，活塞11压缩容器4 内的液压油，当液压油露出定位液量可视管孔10的时候，将托架3锁定在轴2上，将被测物 体的长度稳定在活塞杆9和纵坐标基准轴8之间。液压容器或油缸测量液压缸7上装有活 塞14，液量可视量管15，可视厘米、毫米、微米或纳米度量读数尺测量管16，推动连杆5，活 塞杆6压缩测量液压缸活塞14，当液压油露出液量可视量管15时，关闭可视量孔，将推动连 杆5锁定在轴2上，进入量距离状态。取出被测物体12，推动连杆5，水平轴2上的液压容 器或油缸4和水平轴2上的液压容器或油缸7同步移动，当液压容器或油缸4接触纵坐标8 时，也是液量可视孔10将露出液油时，停止移动连杆5，液压容器或油缸7被压出的液压油， 分别进入可视读数尺测量管16，即可读出被测物换算得到的厘米、毫米、微米或纳米读数。方法原理在坐标系内，以纵坐标为基准，作为对被测物体点的定位。根据物体的长度，参照坐标 上标明以毫米为最小单位的读数，在液压容器或油缸底部分别装上厘米读数尺测量管或毫 米读数尺测量管及微米读数尺测量管。以标有毫米为最小单位刻度的金属导轨为横坐标， 金属导轨内有既精密又可以滑动的水平轴，水平轴上方有滑动的托架及液压容器或油缸定 位液压缸，容器与物体结触时，液压容器或油缸的定位液量可视管开始冒油时，将托架固定 在水平轴上，作为对物体另一点的定位。横坐标下方有液压容器或油缸测量液压缸，在活塞 上有连接滑动水平轴的连杆，当连杆下压活塞时，安装可视量孔冒油时，液压容器或油缸处 于满油状态，将连杆锁紧在可以水平滑动的水平轴上，取出物体，向左推动压杆，进入测量 阶段。当上方液压容器或油缸接触纵坐标时，发现最小可视度量尺流量孔冒油的瞬间，停止 推动连杆，读出液压容器或油缸的可视度量尺数据，这样即可算出物体的长度。权利要求
1.一种微纳米卡尺，其特征在于包括横坐标导轨和纵坐标轴，横坐标导轨内装有能 滑动的水平轴，水平轴上装有能滑动或固定的托架，托架上固定安装有定位液压缸，水平轴 另侧装有推动连杆，推动连杆一端能在水平轴上滑动调节或固定，推动连杆与测量液压缸 的活塞杆连接，测量液压缸的缸底与纵坐标轴连接固定，测量液压缸连接有与液压缸内腔 连通的测量管。
2.根据权利要求1所述的微纳米卡尺，其特征在于横坐标导轨为标有长度刻度的金 属轨道。
3.根据权利要求1所述的微纳米卡尺，其特征在于定位液压缸为测量初始定位液压 缸，定位液压缸的活塞杆端头朝向纵坐标轴，定位液压缸的上部安装有与缸内腔连通的液量可视管。
4.根据权利要求1所述的微纳米卡尺，其特征在于测量液压缸上还安装有液压油可视量管。
5.根据权利要求1所述的微纳米卡尺，其特征在于测量管为可视液位测量管，上面标 有可视厘米、毫米、微米或纳米度量读数尺。
6.根据权利要求1所述的微纳米卡尺，其特征在于所述的定位液压缸和测量液压缸 包括单活塞液压容器或油缸、双活塞液压容器或油缸或多活塞液压容器或油缸。
7.根据权利要求1所述的微纳米卡尺，其特征在于所述的测量管为能承受压力、又能 看清标有示刻度数据的圆形管或方形管、多边形管，测量管长度至少大于10厘米。
8.根据权利要求1所述的微纳米卡尺，其特征在于定位液压缸和测量液压缸包括圆 柱体、三角形体、方形体、梯形体、菱形体、平行四边形体或多边形体的液压容器或油缸。
9.根据权利要求1所述的微纳米卡尺，其特征在于定位液压缸和测量液压缸包括由 两个或多个相同液压容器或油缸组合而成的复合液压容器或油缸，或者由两个或多个不同 液压容器或油缸组合而成的复合液压容器或油缸。
全文摘要
一种微纳米卡尺，包括横坐标导轨和纵坐标轴，横坐标导轨内装有能滑动的水平轴，水平轴上装有能滑动或固定的托架，托架上固定安装有定位液压缸，水平轴另侧装有推动连杆，推动连杆一端能在水平轴上滑动调节或固定，推动连杆与测量液压缸的活塞杆连接，测量液压缸的缸底与纵坐标轴连接固定，测量液压缸连接有与液压缸内腔连通的测量管。本发明充分利用液位变量原理精确测量长度，极大提高测量精度，实现微观领域的测量计量，适应工农业生产，国防建设和科研工作需求。
文档编号G01B13/02GK102052909SQ20101056617
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者周泉清 申请人:周泉清