《一种微小距离的测定方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种微小距离的测定方法.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103424065 A (43)申请公布日 2013.12.04 CN 103424065 A *CN103424065A* (21)申请号 201310321007.9 (22)申请日 2013.07.29 G01B 7/02(2006.01) (71)申请人 中国原子能科学研究院 地址 102413 北京市房山区北京市 275 信箱 65 分箱 (72)发明人 吴晓光 汪金龙 贺创业 李广生 吴义恒 胡世鹏 郑云 (54) 发明名称 一种微小距离的测定方法 (57) 摘要 本发明公开了一种微小距离的测定方法， 该 方法首先将靶膜加载到靶膜支架上， 将阻停膜加 载到。
2、阻停膜支架上， 靶膜和阻停膜形成平行板电 容器， 然后测量平行板电容器的电容值， 最后根 据所述的电容值计算得出靶膜与阻停膜之间的距 离。 本发明所述的微小距离测定方法， 利用电容法 对距离进行测量， 通过测量靶膜与阻停膜之间的 平行板电容器的电容可以精确地测出两膜之间的 微小距离。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103424065 A CN 103424065 A *CN103424065A* 1/1 页 2 1. 一种微小距。
3、离的测定方法， 包括以下步骤 ： （1） 将靶膜加载到靶膜支架上， 将阻停膜加载到阻停膜支架上， 靶膜和阻停膜形成平行 板电容器 ； （2） 测量所述的平行板电容器的电容值 ； （3） 根据所述的电容值计算靶膜与阻停膜之间的距离， 理论计算公式为 ： 其中， 为靶膜与阻停膜之间的距离， 为真空介质常数， 为介质相对介电常数， 为所述平 行板电容器的有效面积， 所述的电容值。 2. 如权利要求 1 所述的一种微小距离的测定方法， 其特征在于， 步骤 （1） 中， 将靶膜和 阻停膜分别加载到靶膜支架和阻停膜支架前， 分别将靶膜和阻停膜展平， 并保证两膜平行。 3. 如权利要求 2 所述的一种微小距。
4、离的测定方法， 其特征在于， 采用压膜法将靶膜和 阻停膜展平。 4. 如权利要求 3 所述的一种微小距离的测定方法， 其特征在于， 步骤 （2） 中， 在测量所 述的电容值之前， 对靶膜和阻停膜进行绝缘处理。 5. 如权利要求 4 所述的一种微小距离的测定方法， 其特征在于， 步骤 （2） 中， 通过数字 电桥测量所述的平行板电容器的电容值。 6. 如权利要求 5 所述的一种微小距离的测定方法， 其特征在于， 采用 TH2817A 型精密 LCR 数字电桥测量所述的电容值。 7. 如权利要求 6 所述的一种微小距离的测定方法， 其特征在于， 平行板电容器与数字 电桥通过雷莫线连接。 8. 如权。
5、利要求 6 所述的一种微小距离的测定方法， 其特征在于， 平行板电容器与数字 电桥通过单芯包络线连接。 权 利 要 求 书 CN 103424065 A 2 1/5 页 3 一种微小距离的测定方法 技术领域 0001 本发明涉及原子核寿命测量技术领域， 具体涉及一种微小距离的测定方法。 背景技术 0002 在原子核寿命测量领域， 为测量皮秒量级的寿命， 对皮秒级原子核寿命测量实验 装置中的靶膜和阻停膜距离测量的精度要求为微米量级， 这就要求设计的 Plunger 装置即 皮秒级原子核寿命测量实验装置能实现精密位移。 0003 对于两膜之间距离的测量， 要求测量方法对靶膜和阻停膜没有形变等影响，。
6、 力学 方法基本无法达到这个要求， 而可以采用光学和电学方法， 比如通过测量衍射条纹确定距 离， 但是要求还能在在束试验时测量距离， 光学方法的设计就过于复杂， 而且考虑用于安放 Plunger 装置的高真空专用靶室本身很小， 没有太多剩余空间加载光学设备。 发明内容 0004 针对现有技术中存在的缺陷， 本发明的目的在于提供一种微小距离的测定方法， 提高靶膜与阻停膜之间微小距离的测量精度。 0005 为实现上述目的， 本发明采用的技术方案如下 ： 一种微小距离的测定方法， 包括以下步骤 ： （1） 将靶膜加载到靶膜支架上， 将阻停膜加载到阻停膜支架上， 靶膜和阻停膜形成平行 板电容器 ； （。
7、2） 测量所述的平行板电容器的电容值 ； （3） 根据所述的电容值计算靶膜与阻停膜之间的距离， 理论计算公式为 ： 其中， 为靶膜与阻停膜之间的距离， 为真空介质常数， 为介质相对介电常数， 为所述平 行板电容器的有效面积， 所述的电容值。 0006 进一步， 如上所述的一种微小距离的测定方法， 步骤 （1） 中， 将靶膜和阻停膜分别 加载到靶膜支架和阻停膜支架前， 分别将靶膜和阻停膜展平， 并保证两膜平行。 0007 进一步， 如上所述的一种微小距离的测定方法， 采用压膜法将靶膜和阻停膜展平。 0008 进一步， 如上所述的一种微小距离的测定方法， 步骤 （2） 中， 在测量所述的电容值 之。
8、前， 对靶膜和阻停膜进行绝缘处理。 0009 进一步， 如上所述的一种微小距离的测定方法， 步骤 （2） 中， 通过数字电桥测量所 述的平行板电容器的电容值。 0010 进一步， 如上所述的一种微小距离的测定方法， 采用TH2817A型精密LCR数字电桥 测量所述的电容值。 0011 再进一步， 如上所述的一种微小距离的测定方法， 平行板电容器与数字电桥通过 雷莫线连接。 说 明 书 CN 103424065 A 3 2/5 页 4 0012 更进一步， 如上所述的一种微小距离的测定方法， 平行板电容器与数字电桥通过 单芯包络线连接。 0013 本发明的有益效果在于 ： 本发明所述的微小距离测。
9、定方法， 利用电容法对距离进 行测量， 通过测量靶膜与阻停膜之间的平行板电容器的电容可以很好的测出两膜之间精确 的距离。 附图说明 0014 图 1 为具体实施方式中一种微小距离的测定方法的流程图 ； 图 2 为具体实施方式中皮秒级原子核寿命测量装置的结构示意图 ； 图 3 为具体实施方式中压膜法的示意图 ； 图 4 为实施例中平行板电容器与数字电桥的连接示意图 ； 图 5 为实施例中电容与距离的测量结果示意图 ； 图 6 为实施例中电容倒数与距离的关系示意图 ； 图 7 为实施例中微小距离下电容倒数与距离的关系示意图 ； 图 8 为实施例中微小距离下电容倒数与距离的关系示意图。 具体实施方式。
10、 0015 下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。 0016 图 1 示出了本发明具体实施方式中一种微小距离的测定方法的流程图， 该方法包 括以下步骤 ： 步骤 S11 ： 靶膜与阻停膜之间形成平行板电容器 ； 步骤 S12 ： 测量平行板电容器的电容值 ； 将靶膜加载到靶膜支架上， 将阻停膜加载到阻停膜支架上， 靶膜和阻停膜之间构成平 行板电容器。在原子核寿命测量实验中， Plunger 装置即皮秒级原子核寿命测量装置的靶 膜和阻停膜之间距离测量的精度要求为微米量级， 为提高测量精度， 本发明采用电容法测 量两膜之间的距离。 0017 图 2 示出了本实施方式中的 Pl。
11、unger 装置的结构示意图， 主要包括用于承载部件 的底盘 1、 靶膜支架 2、 阻停膜支架 3 和六角支撑架 4 等。实验时， 靶膜通过六角支撑架 4 安 装到靶膜支架 2 上， 阻停膜通过六角支撑架 4 安装到阻停膜支架 3 上， 本实施方式中将靶膜 安装到靶膜支架 2 的具体方式为 ： 将靶膜加载到两个圆环片之间， 如图 3 所示， 然后将两个 圆环片通过螺丝固定在六角支撑架， 再将六角支撑架加载到靶膜支架上。将阻停膜安装到 阻停膜支架上的方式与上述将靶膜安装到靶膜支架的方式相同。 完成靶膜和阻停膜的加载 后， 通过调整靶膜支架 2 与阻停膜支架 3， 使靶膜和阻停膜两个金属膜之间自然。
12、形成一个良 好的平行板电容器。 0018 为了提高所述平行板电容器的电容值的测量精度， 本实施方式中通过数字电桥测 量平行板电容器的电容值， 优选采用TH2817A型精密LCR数字电桥。 TH2817A测试端为电流 高端 HD， 电压高端 HS， 电流低端 LD， 电压低端 LS， 平行板电容器与数字电桥连接时， 数字电 桥的电流高端与电压高端一起接到电容一极， 电流低端与电压低端一起接到电容另一极。 0019 TH2817A 型精密 LCR 数字电桥虽然能精确测量电容， 但电容法的精度还跟很多因 说 明 书 CN 103424065 A 4 3/5 页 5 素有关， 首先是靶膜与阻停膜之间形。
13、成的电容本身， 其次是电容的连接线。 为了进一步提高 测量的准确度， 在将靶膜和阻停膜分别加载到靶膜之间和阻停膜支架上时， 首先分别将两 膜进行绝缘处理， 并将靶膜和阻停膜展平， 并且保证两膜平行， 在将两膜展平时， 可以采用 压膜法将两膜展平， 当然， 展平的方式并不是唯一的， 也可以采用其它的方式进行展平。其 中， 对两膜的绝缘处理包括对靶膜和阻停膜本身的绝缘处理以及对靶膜支架和阻停膜支架 的绝缘处理。 0020 在对靶膜和绝缘膜本身做绝缘处理时， 平行板电容器与数字电桥的连接方式为 ： 将两个电容连接线接在靶膜上， 另外两个电容线接在阻停膜上， 与数字电桥连接时， 靶膜上 的两根电容线分。
14、别与数字电桥的电流高端与电压高端连接， 阻停膜上的两个电容线分别与 数字电桥的电流低端与电压低端连接， 或者靶膜上的两根电容线分别与数字电桥的电流低 端与电压低端连接， 阻停膜上的两个电容线分别与数字电桥的电流高端与电压高端连接。 0021 对靶膜和阻停膜本身进行的绝缘处理是在膜的展平过程中进行的， 本实施方式中 采用压膜法对靶膜和阻停膜进行展平， 以靶膜为例进行说明 ： 在将靶膜加载到靶膜支架上 时， 首先通过压膜法将靶膜展平， 压膜法的主要原理是通过六角支撑架的凸台和压片挤压 来展平膜， 如图 3 所示， 在展平时， 将靶膜加载两个圆环片之间， 然后将两个圆环片套在六 角支撑架的凸台上， 。
15、凸台将两个圆环片之间的靶膜顶平整。 在该过程中， 将电容的连接线夹 在圆环片之间， 与靶膜接触， 并用塑料薄膜将靶膜与圆环片绝缘。 可以采用同样的方法对阻 停膜进行绝缘处理。采用对膜本身绝缘处理的这种方式， 其好处是测量到的电容只是两膜 的贡献， 比较精确， 但缺点是绝缘方式复杂而且脆弱， 在安装过程中绝缘膜容易破裂。 0022 在对靶膜支架和阻停膜支架进行绝缘处理时， 平行板电容器与数字电桥的连接方 式为 ： 将两个电容连接线接在靶膜上， 另外两个电容连接线接在阻停膜支架的底部， 与数字 电桥连接时， 靶膜上的两根电容线分别与数字电桥的电流高端与电压高端连接， 阻停膜支 架底部的两个电容线分。
16、别与数字电桥的电流低端与电压低端连接， 或者靶膜上的两根电容 线分别与数字电桥的电流低端与电压低端连接， 阻停膜支架底部的两个电容线分别与数字 电桥的电流高端与电压高端连接。 0023 对于靶膜支架和阻停膜支架的绝缘处理 ： 在靶膜支架与六角支撑架之间通过塑料 薄膜绝缘， 靶膜支架与六角支撑架通过塑料螺丝固定， 在阻停膜支架与底盘之间通过塑料 薄膜绝缘， 阻停膜支架与底盘通过塑料螺丝固定。 0024 本实施方式中平行板电容器与数字电桥可以通过雷莫线连接， 雷莫线有很好的屏 蔽效果， 真空转接头后面部分也全部用雷莫线与数字电桥连接。这种连接方式虽然引入了 靶膜边缘部分的面积， 增加了有效面积， 。
17、但精细处理贴膜法加载的膜， 可以降到比较低的水 平。为了精确刻画平行板电容器的电容和距离之间的关系， 在测试平行板电容器电容的过 程中， 通过选取合适的电容零点可以将支架和连线的杂散电容扣除， 使电容的变化主要是 由两膜距离的变化所引起的。 0025 由于雷莫线很粗， 与靶室接触会对靶膜和靶膜支架产生较大的形变， 因此可以采 用一种更软更细的单芯包络线来代替靶室中的电容连接线。 单芯包络线也要求具有良好的 屏蔽性能， 采用单芯包络线时， 靶膜部分的绝缘方式仍为靶膜支架与六角支撑架绝缘， 而阻 停膜部分改为在阻停膜支架与底盘连接处加载塑料绝缘膜， 并用塑料螺丝固定， 阻停膜部 分的电容线也固定在。
18、支架底部， 这种方式主要是因为平行度调节必须使用不锈钢螺丝连接 说 明 书 CN 103424065 A 5 4/5 页 6 六角支撑架与阻停膜支架， 支架会产生杂散电容， 但是同样可以通过刻度后的零点选取来 排除这部分影响。 0026 步骤 S13 ： 根据所述的电容值计算靶膜与阻停膜之间的距离。 0027 根据步骤 S12 中测得的电容值计算靶膜与阻停膜之间的距离， 理论计算公式为 ： 其中， 为靶膜与阻停膜之间的距离， 为真空介质常数， 为介质相对介电常数， 为所述平 行板电容器的有效面积， 所述的电容值。 0028 在测量得到所述的平行板电容器的电容后， 可以根据上述公式计算出靶膜与阻。
19、停 膜之间的距离。 通过本实施方式所述的电容法测量靶膜与阻停膜之间距离方法能够满足精 密测量距离的要求， 下面结合具体实施例对本发明的方法进行进一步说明。 实施例 0029 将靶膜与阻停膜分别加载到靶膜支架与阻停膜支架上， 构成平行板电容器。 0030 靶膜与阻停膜之间距离测量的精度要求为 0.1m， 这样高精度的测量对电容的分 辨率要求相对较高， 本实施例中采用同惠公司生产的 TH2817A 型精密 LCR 数字电桥测量电 容， 该数字电桥测量准确度达到 0.05%， 电容的分辨率为 0.00001pF。本实施采用并联方式 测量两膜之间的电容， 因为对于高值阻抗原件 （即低值电容和高值电感）。
20、 并联方式测量以减 小误差。 0031 TH2817A 测试端为电流高端 HD， 电压高端 HS， 电流低端 LD， 电压低端 LS， 电流高端 与电压高端一起接到平行板电容器的一极， 电流低端与电压低端一起接到平行板电容器的 另一极， 如图 4 所示。该产品还提供了一款简单的软件， 以帮助用户完成一些简单的测量任 务。 比如， 与控制软件一起， 完成关系的初步研究。 通过控制软件精细调节两膜之间的距离， 数字电桥测量每个距离下的电容值， 并采样记录， 就得到大量电容距离的原始数据， 方便进 一步研究。该产品还提供了多种接口， 包括 RS232C 串口， 方便与计算机通信以及远程操作。 接口命。
21、令使用国际通用的可程控仪器标准命令 （SCPI） ， 方便用户编程。 0032 测量两膜不同距离下的电容值， 并根据测量的电容值计算对应的距离值， 得到的 结果如图 5 和图 6 所示， 图 5 为电容 C 与距离 D 的关系示意图， 图 6 为电容倒数 1/C 与距离 D的关系示意图， 图中曲线A为测量值， 曲线B为理论值。 由图中可以看出， 当靶膜与阻停膜 之间的距离为小距离 （约小于 1mm） 时， 理论和测量值符合较好， 而大距离时符合的不理想， 这说明本发明所述的电容法在小距离时比较精确， 而不适用于大距离范围。 从理论上来说， 平行板电容器公式适用于有效面直径远大于两板之间距离的情。
22、况。 对于皮秒量级的寿命测 量， 需要测到的是微米量级的距离， 这个尺度远小于靶膜的直径尺度， 所以电容法能够满足 要求。 0033 在微小距离下， 对电容法进一步验证测试， 得到的结果如图 7 和图 8 所示， 从图中 可以看出在几个到几十个微米时， 电容倒数和距离有比较好的线性关系。距离零点由电容 崩溃点决定。在微小距离下， 电容法能满足距离测量的要求。 0034 显然， 本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围 说 明 书 CN 103424065 A 6 5/5 页 7 之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 说 明 书 CN 103424065 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103424065 A 8 2/4 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103424065 A 9 3/4 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103424065 A 10 4/4 页 11 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103424065 A 11 。