测量方法和测量系统与流程

本发明涉及测量设备，尤其涉及一种测量方法和测量系统。

背景技术：

1、力矩测量能够实现对物体的转动和扭曲能力评价，为机械装置的设计和改进提供了重要依据，被广泛应用于各个领域，且对于研究众多前沿科学问题有着基础性的意义。目前常见的力矩测量方法为固态力学探测法，即将待测量力矩作用于特定结构上，通过结构的微小变形或电信号变化来测量施加在物体上的力矩。但该测量方法不可避免地受到加持物的机械噪声的影响，对力矩尤其是微弱力矩的干扰较大，导致测量准确性较差。

技术实现思路

1、本申请提供一种测量方法和测量系统，以提升力矩测量的准确性。

2、本申请提供一种测量方法，包括：控制捕获激光光束以将微纳颗粒悬浮在目标状态；目标状态为转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态；获得待测力矩作用于微纳颗粒时，微纳颗粒的运动状态；根据微纳颗粒的运动状态确定待测力矩；其中，微纳颗粒的结构为非球形，和/或，微纳颗粒的材料折射率具有各向异性。

3、在一些实施例中，控制捕获激光光束以将微纳颗粒悬浮在目标状态，包括：控制捕获激光光束照射于微纳颗粒；调整捕获激光光束的功率，以使微纳颗粒悬浮；调整捕获激光光束的椭偏度，直至微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态。

4、在一些实施例中，调整捕获激光光束的椭偏度，直至微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态，包括：调整捕获激光光束的椭偏度，以使捕获激光光束的椭偏度在0至1之间多次变化；获得椭偏度调整过程中微纳颗粒的运动功率谱密度信息；在运动功率谱密度信息表征微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态时，停止调整捕获激光光束的椭偏度。

5、在一些实施例中，调整捕获激光光束的椭偏度，直至微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态，包括：控制探测激光光束照射于微纳颗粒；探测激光光束的功率小于或等于捕获激光光束的功率的10％，且探测激光光束和捕获激光光束的波长不同；调整捕获激光光束的椭偏度，以使捕获激光光束的椭偏度在0至1之间多次变化；获得椭偏度调整过程中探测激光光束的侧向散射光变化情况；在探测激光光束的侧向散射光变化情况表征微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态时，停止调整捕获激光光束的椭偏度。

6、在一些实施例中，调整捕获激光光束的椭偏度，直至微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态，包括：控制探测激光光束照射于微纳颗粒；探测激光光束的功率至少小于捕获激光光束的功率的10％，且探测激光光束和捕获激光光束的波长不同；调整捕获激光光束的椭偏度，以使捕获激光光束的椭偏度在0至1之间多次变化；获得椭偏度调整过程中微纳颗粒的运动功率谱密度信息和探测激光光束的侧向散射光变化情况；在运动功率谱密度信息和探测激光光束的侧向散射光变化情况均表征微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态时，停止调整捕获激光光束的椭偏度。

7、在一些实施例中，根据微纳颗粒的运动状态确定待测力矩，包括：获得微纳颗粒的物理参数；获得当前捕获激光光束作用于微纳颗粒的力矩；根据微纳颗粒的物理参数、运动状态以及当前捕获激光光束的力矩，确定待测力矩。

8、在一些实施例中，获得待测力矩作用于微纳颗粒时，微纳颗粒的运动状态，包括：获得待测力矩作用于微纳颗粒时，微纳颗粒的角加速度；获得微纳颗粒的物理参数包括：获得微纳颗粒的转动惯量；根据微纳颗粒的物理参数、运动状态以及当前捕获激光光束的力矩，确定待测力矩，包括：根据微纳颗粒的转动惯量、角加速度以及当前捕获激光光束的力矩，确定待测力矩。

9、在一些实施例中，获得待测力矩作用于微纳颗粒时，微纳颗粒的运动状态，还包括：获得待测力矩作用于微纳颗粒时，微纳颗粒的角速度；获得微纳颗粒的物理参数还包括：获得微纳颗粒的阻尼系数；根据微纳颗粒的物理参数、运动状态以及当前捕获激光光束的力矩，确定待测力矩，包括：根据微纳颗粒的转动惯量、阻尼系数、角加速度、角速度以及当前捕获激光光束的力矩，确定待测力矩。

10、本申请提供一种测量系统，包括：测量腔室，包括用于容纳微纳颗粒的密闭的容纳腔；捕获激光发射器，用于受控将容纳腔中的微纳颗粒悬浮在目标状态；目标状态为转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态；运动状态探测装置，用于获得微纳颗粒的运动状态；处理器，与捕获激光发射器和运动状态探测装置电连接，用于根据待测力矩作用于微纳颗粒时，微纳颗粒的运动状态确定待测力矩；其中，微纳颗粒的结构为非球形，和/或，微纳颗粒的材料折射率具有各向异性。

11、在一些实施例中，捕获激光发射器包括：第一激光发射装置，用于发射捕获激光光束；第一激光控制装置，与处理器电连接，用于控制第一激光发射装置调整捕获激光光束的功率，以使微纳颗粒悬浮，并，用于调整捕获激光光束的椭偏度，直至微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态。

12、在一些实施例中，运动状态探测装置用于在捕获激光光束的椭偏度调整过程中，获得微纳颗粒的运动功率谱密度信息。

13、在一些实施例中，该测量系统还包括：探测激光发射器，与处理器电连接，用于受控发出照射于微纳颗粒的探测激光光束；其中，探测激光光束的功率小于或等于捕获激光光束的功率的10％，且探测激光光束的波长与捕获激光光束的波长不同。

14、在一些实施例中，运动状态探测装置用于在捕获激光光束的椭偏度调整过程中，获得探测激光光束的侧向散射光变化情况。

15、在一些实施例中，该测量系统还包括与处理器电连接的电场控制装置；捕获激光发射器用于受控发射捕获激光光束，以在容纳腔内形成光阱区域，并将微纳颗粒悬浮于光阱区域内；电场控制装置用于受控向光阱区域施加电场；处理器还用于根据不同电场强度下微纳颗粒的运动状态确定捕获激光光束的偏振信息。

16、采用本申请实施例提供的测量方法和测量系统，控制捕获激光光束，以将微纳颗粒悬浮于转动状态和扭动状态之间临界的目标状态。待测力矩施加于该微纳颗粒时，受力平衡的目标状态被打破，微纳颗粒的运动状态改变，且新的运动状态与施加的待测力矩强相关。对运动状态进行监测，可确定施加的待测力矩对微纳颗粒运动状态的影响，进而实现对待测力矩的测量。这样，大大降低了机械噪声对力矩测量过程的干扰，且能够实现对量级较小的力矩的测量，提升了力矩测量过程的准确性。

技术特征：

1.一种测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述控制捕获激光光束以将微纳颗粒悬浮在目标状态，包括：

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述调整所述捕获激光光束的椭偏度，直至所述微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态，包括：

4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述调整所述捕获激光光束的椭偏度，直至所述微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态，包括：

5.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述调整所述捕获激光光束的椭偏度，直至所述微纳颗粒处于转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态，包括：

6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述微纳颗粒的运动状态确定所述待测力矩，包括：

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述获得待测力矩作用于所述微纳颗粒时，所述微纳颗粒的运动状态，还包括：

9.一种测量系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于，所述捕获激光发射器包括：

11.根据权利要求10所述的测量系统，其特征在于，所述运动状态探测装置用于在所述捕获激光光束的椭偏度调整过程中，获得所述微纳颗粒的运动功率谱密度信息。

12.根据权利要求10所述的测量系统，其特征在于，还包括：

13.根据权利要求12所述的测量系统，其特征在于，所述运动状态探测装置用于在所述捕获激光光束的椭偏度调整过程中，获得所述探测激光光束的侧向散射光变化情况。

14.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于，还包括与所述处理器电连接的电场控制装置；

技术总结本申请提供一种测量方法和测量系统。该测量方法包括：控制捕获激光光束以将微纳颗粒悬浮在目标状态；目标状态为转动状态和扭动状态在设定时间内多次切换的状态；获得待测力矩作用于微纳颗粒时，微纳颗粒的运动状态；根据微纳颗粒的运动状态确定待测力矩；其中，微纳颗粒的结构为非球形，和/或，微纳颗粒的材料折射率具有各向异性。待测力矩施加于微纳颗粒时，目标状态被打破，新的运动状态与施加的待测力矩强相关。对运动状态进行监测，可确定施加的待测力矩对微纳颗粒运动状态的影响，进而实现对待测力矩的测量。这样，大大降低了机械噪声对力矩测量过程的干扰，且能够实现对量级较小的力矩的测量，提升了力矩测量过程的准确性。技术研发人员：王金川,何朝雄,李翠红,应倩雯,胡慧珠受保护的技术使用者：之江实验室技术研发日：技术公布日：2024/11/14