的结构示意图； 图2为本发明实施例一叉指状结构的底部视图； 图3为本发明实施例一叉指状结构的侧视图； 图4为本发明实施例一输入电压与输出微小力值之间的函数关系示意图； 图5为本发明实施例二对微小力传感器进行校准的结构示意图。
[0022] 附图标记：1、固定底座；2、定位螺栓；31、X方向位置调节装置；32、Y方向位置调 节装置；33、Z方向位置调节装置；4、连接板；5、绝缘层；6、方向调节杆；7、旋转平台；8、微 小力传感器；9、设备；20、固定螺栓。
【具体实施方式】
[0023] 参照图1，一种高精度非接触式三维微小力发生装置，包括： 非接触式微力发生器，用于在外加电压的作用下产生微小静电力； 方向调节杆6和旋转平台7,用于调整非接触式微力发生器在三维空间中的方向； 固定底座1，用于固定旋转平台7 ; 所述旋转平台7安装在固定底座1上，所述方向调节杆6与旋转平台7铰接，所述非接 触式微力发生器安装在方向调节杆6上。
[0024] 参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述非接触式微力发生器为叉指微力发生 器，所述叉指微力发生器的上下极板间的结构为叉指状结构，所述叉指微力发生器的上下 极板分别与外部的正负电极V+和V-连接，所述叉指微力发生器的下极板安装在方向调节 杆6上。
[0025] 其中，外部的正负电极V+和V-用于为非接触式微力发生器提供外加电压。
[0026] 参照图1，进一步作为优选的实施方式，在所述叉指微力发生器的下极板与方向调 节杆6之间还设有位置调节装置，所述位置调节装置用于从X、Y和Z三个方向对叉指微力 发生器相邻两叉指间的位置和距离进行精确调节。
[0027] 参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述位置调节装置包括X方向位置调节装 置31、Y方向位置调节装置32和Z方向位置调节装置33。
[0028] 参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述叉指微力发生器的上极板上方还设有 用于连接被测装置的连接板4。
[0029] 参照图1，进一步作为优选的实施方式，在所述连接板与叉指微力发生器的上极板 4之间以及所述叉指微力发生器的下极板与位置调节装置之间均设有绝缘层5。
[0030] 参照图1，进一步作为优选的实施方式，还包括定位螺栓2,所述旋转平台7通过定 位螺栓2固定在固定底座1上。
[0031] 参照图1，进一步作为优选的实施方式，还包括用于固定方向调节杆6方向的固定 螺栓20。
[0032] 在通过方向调节杆6将本装置调节到所需的空间角度之后，再使用固定螺栓20对 方向调节杆6进行固定，以保证校准标定过程中方向调节杆6的位置不再发生变化。
[0033] 参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述方向调节杆6与旋转平台7的铰接方 式为球形铰接。
[0034] 方向调节杆6与旋转平台7的铰接方式为球形铰接，即采用了球形铰接机构，更便 于安装和生产，且不需进行角度调整。
[0035] 下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0036] 实施例一 参照图2、图3和图4,本发明的第一实施例： 传统的静电力发生装置一般通过电容极板之间的静电力来产生微小力值，根据电容器 原理，平板电容器两极板间的静电力/?勺计算公式为：
其中，^是极板间气体的介电常数，隄施加在两极板间的电压，Z是两极板之间的距 离，4是两极板之间的相对面积。
[0037] 由式（1)可知，极板之间的距离Z与两极板之间的静电力成平方关系，也就是说即 使Z的值发生微小的改变，也会对两极板间的力值产生很大的影响。两极板间产生的静电 力本来就是微小力值，两极板间的距离测量若稍有偏差，就会对微小力值产生很大的影响， 因此许多研究人员采用激光干涉仪来测量两极板之间的距离，以减小因为距离测量不确定 度引起的微小力值误差。但激光干涉的仪价格比较昂贵，且加上激光干涉仪后，也加大了微 小力发生器本身的复杂程度，不利于装置的简化和使用。
[0038] 本发明在传统的静电力发生装置的基础上，改变了电容间平行极板的设计，通过 新型的叉指状极板结构，可以极大地减小极板间距离不确定度对于微小力值的影响。
[0039] 新型叉指状结构如图2和图3所示，带斜线的部分为施加电压的部位(接V+，电 势为V)，中间无斜线的部分为接地部分(接V-，电势为0)。其中，一个叉指的截面尺寸为 2JX2c，两叉指的侧面距离为2^·，两叉指相交部分的长度为2x。。由图2和3可知，叉指间 的侧面距离2#由加工精度与安装精度决定，因此只要保证加工和安装时的精度要求，在使 用时其便不会对结果造成任何其他的影响。故该装置在使用过程中只需控制两叉指间相交 部分的长度2x。，便可控制微小力值的范围。
[0040] 采用新型的叉指状静电力发生器，加上叉指状结构后，极板之间的静电力/?为：
其中，慶叉指的个数，如图2和3所示，成两叉指侧面距离的一半，X。为两叉指相交 部分长度的一半。由式（2)可以看出，叉指间距离X。对于静电力/?勺影响明显减小，因此若 采用该结构，可明显减小距离测量不确定度对于微小力值的影响。本实施例解决了极板间 距离不确定度对于微小静电力值的影响，无需采用激光干涉仪来进行距离的精确测试，极 大地简化了装置的组成，降低了装置的价格，简化装置的操作；同时，采用该新型装置后，微 小力值仍能保持较高精度。
[0041] 本实施例将高精度的叉指状结构与静电力发生器相结合，组合成新型叉指状高精 度非接触式微小力发生装置，具体实现过程为： 1、通过理论计算得到各种叉指状结构参数对于静电力的影响，并选出最优参数，作为 该装置静电力发生器的极板参数。
[0042] 2、通过实验对比，研究出采用不同极板间距时，微小力值的变化情况：通过对于极 板间距的微小改变，来测试微小力值受极板间距影响的程度，并确定出最优的极板间距参 数。
[0043] 3、通过实验确定出电压与微小力值之间的关系，然后经过数据拟合，得到电压与 微小力值之间的函数关系式，并通过高精度电子天平对于该装置在重力方向的力值来确定 其力值精度确定力值误差。通过重复性实验，来确定该装置的稳定性情况。
[0044] 4、根据求出的函数关系式，列出在一定极板距离时，施加电压与微小力值的对应 关系表，根据该对应关系表，就可通过调整极板间电压来产生所需的微小力值。
[0045] 图4为采用该新型叉指状高精度非接触式微小力发生装置时，输入电压与输出微 小力值之间的一种函数关系示意图。其中，线型图（即4对应的图)表示当叉指间交叉距离 X。分别为4mm，5mm，6mm时，输出微小力值的理论计算值；点状图（即Exp. X。对应的图）为叉 指间距离X。分别为4mm，5mm，6mm时，输出微小力值的实验值。
[0046] 由图4可知，不论是理论计算还是实验均表明，当叉指间的距离发生变化时，该装 置输出微小力值的变化很小，也就是说距离测量不确定度对于输出微小力值的影响很小。
[0047] 以施加的电压为500V为例，当叉指间交叉距离X。从4mm变到6mm时，其理论计算 和实验得到的输出微小力值的变化均不到1%。因此