專利名稱：內(nèi)置應變片式自檢測壓電驅(qū)動平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機電類，特別涉及一種集驅(qū)動和檢測于一體的內(nèi)置應變片式自檢測壓電驅(qū)動平臺。可以應用于超精密加工、精密工程、微機電系統(tǒng)(MEMS)、精密光學、生物醫(yī)學、微小機器人、微觀力學測試、微定位等方面。
背景技術：
近些年來，精密驅(qū)動與精密檢測技術在高精密儀器與設備中發(fā)揮著越來越重要的作用。在驅(qū)動方面，以電致/磁致伸縮材料、形狀記憶合金、壓電陶瓷、人工肌肉等智能材料為核心動力源的驅(qū)動器大量涌現(xiàn)。在檢測方面，光柵尺、高精密激光傳感器、電容式傳感器、差動變壓器式傳感器等也得到了大量的運用。目前的驅(qū)動器大致可以分為兩類一類是以實現(xiàn)多自由度或大行程為目的的驅(qū)動器，這類驅(qū)動器往往具有多自由度輸出能力或者具有較大的位移輸出能力，結(jié)構(gòu)也相對比較復雜，但往往不含有檢測元件；另一類是以精密位移輸出為目的，這類驅(qū)動器一般含有高精密檢測元件，對輸出位移進行實時檢測與反饋控制。然而目前大多數(shù)以精密位移輸出為目的的驅(qū)動器，其所用的檢測元件是商業(yè)化的傳感器，這些傳感器雖然具有高的測量精度，但是往往需要附加的空間和結(jié)構(gòu)來進行裝配，這樣就導致了結(jié)構(gòu)龐大，同時由于存在復雜裝配也會導致裝置的剛度下降并經(jīng)常伴隨有安裝誤差產(chǎn)生。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種內(nèi)置應變片式自檢測壓電驅(qū)動平臺，實現(xiàn)精密驅(qū)動的同時實現(xiàn)位移自檢測，解決了目前驅(qū)動器結(jié)構(gòu)復雜，沒有檢測元件；驅(qū)動傳感器結(jié)構(gòu)龐大、剛度較低、安裝誤差大等問題。本實用新型提出了一種集成應變片與壓電疊堆實現(xiàn)精密驅(qū)動與自檢測的技術方案，壓電疊堆作為核心驅(qū)動源，結(jié)合柔性鉸鏈的作用可以實現(xiàn)精密位移輸出，而應變片可以實現(xiàn)對輸出位移的納米級精密檢測。本實用新的上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)內(nèi)置應變片式自檢測壓電驅(qū)動平臺，其結(jié)構(gòu)包括應變片1、基板2、壓電疊堆3、平行薄板4及載物臺5，其中，基板2的前端設置兩平行薄板4，兩平行薄板4之間為載物臺5， 平行薄板之后設有一凹槽6，壓電疊堆3嵌入在該凹槽6內(nèi)且一端頂?shù)钟谄叫斜“?，是?qū)動單元的動力源，兩平行薄板4起到柔性鉸鏈的作用，對壓電疊堆3的運動進行引導和轉(zhuǎn)換； 應變片1分別粘接在平行薄板4的兩端相對內(nèi)側(cè)或者中部相對外側(cè)。各應變片1之間通過導線連接構(gòu)成惠斯通電橋；壓電疊堆3和基板2的兩平行薄板4構(gòu)成驅(qū)動單元；基板2的兩平行薄板4和應變片1構(gòu)成檢測單元，兩平行薄板4為檢測單元的彈性體。通過對壓電疊堆3施加電壓，使薄板發(fā)生形變，推動載物臺5沿壓電疊堆3軸線方向進行精密直線運動； 隨著薄板的變形應變片1的電阻產(chǎn)生變化，經(jīng)惠斯通電橋轉(zhuǎn)換成電壓變化，應變片1在平行薄板2上的位置有兩種，兩種方式均可準確檢測驅(qū)動平臺的輸出位移，選擇時根據(jù)貼片位置空間大小而定。通過控制壓電疊堆3的驅(qū)動電壓，使其產(chǎn)生精密位移輸出，通過兩平行薄板2轉(zhuǎn)換為載物臺5的精密直線運動；運動位移量的大小通過粘貼在兩平行薄板2上的應變片1進行檢測，并可實現(xiàn)反饋控制。本實用新型的有益效果在于提出一種集驅(qū)動和檢測于一體的內(nèi)置應變片式自檢測壓電驅(qū)動平臺，結(jié)構(gòu)簡單，功能集成化，大大減小了裝置體積同時降低了成本。在實現(xiàn)精密位移輸出的同時利用內(nèi)置的應變片實現(xiàn)位移自檢測，利于裝置的反饋控制，同時便于裝置的小型化與集成控制，輸出位移分辨率高于20nm，可以拓展到微觀力學測試、微定位、超精密加工、精密工程、微機電系統(tǒng)(MEMS)、精密光學、生物醫(yī)學、微小機器人等領域。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的應變片固定在平行薄板上的位置示意圖之一；圖3為本實用新型的應變片固定在平行薄板上的位置示意圖之二 ；圖4為本實用新型的應變片惠斯通電橋接線方式圖。
具體實施方式
實施例參見圖1至圖4，本實用新型的內(nèi)置應變片式自檢測壓電驅(qū)動平臺，包括應變片1、 基板2、壓電疊堆3、平行薄板4及載物臺5，其中，基板2的前端設置兩平行薄板4，兩平行薄板4之間為載物臺5，平行薄板之后設有一凹槽6，壓電疊堆3嵌入在該凹槽6內(nèi)且一端頂?shù)钟谄叫斜“?，是?qū)動單元的動力源，兩平行薄板4起到柔性鉸鏈的作用，對壓電疊堆3 的運動進行引導和轉(zhuǎn)換；應變片1分別粘接在平行薄板4的兩端相對內(nèi)側(cè)或者中部相對外側(cè)。各應變片1之間通過導線串接構(gòu)成惠斯通電橋；壓電疊堆3和基板2的兩平行薄板4 構(gòu)成驅(qū)動單元；基板2的兩平行薄板4和應變片1構(gòu)成檢測單元，兩平行薄板4為檢測單元的彈性體。通過對壓電疊堆3施加電壓，使薄板發(fā)生形變，推動載物臺5沿壓電疊堆3軸線方向進行精密直線運動；隨著薄板的變形應變片1的電阻產(chǎn)生變化，經(jīng)惠斯通電橋轉(zhuǎn)換成電壓變化，應變片1在平行薄板2上的位置有兩種，兩種方式均可準確檢測驅(qū)動平臺的輸出位移，選擇時根據(jù)貼片位置空間大小而定。通過控制壓電疊堆3的驅(qū)動電壓，使其產(chǎn)生精密位移輸出，通過兩平行薄板2轉(zhuǎn)換為載物臺5的精密直線運動；運動位移量的大小通過粘貼在兩平行薄板2上的應變片1進行檢測，并可實現(xiàn)反饋控制。本實用新型的工作過程如下初始狀態(tài)時，壓電疊堆3不帶電，系統(tǒng)處于自由狀態(tài)，通過電路調(diào)節(jié)使惠斯通電橋輸出電壓為零。給壓電疊堆3提供一定的驅(qū)動電壓，壓電疊堆在逆壓電效應的作用下伸長，推動基板2的兩平行薄板4產(chǎn)生精密位移輸出，進而帶動兩薄板4之間的載物臺5輸出精密位移。與此同時，由于兩平行薄板2產(chǎn)生形變，使粘貼在該平行薄板2上的應變片 1也隨之產(chǎn)生形變，導致其電阻值發(fā)生變化，通過惠斯通電橋?qū)兤娮柚底兓D(zhuǎn)化成電壓值變化輸出，之后經(jīng)過信號的調(diào)理與放大，通過A/D數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)采集，從而實現(xiàn)對載物臺輸出位移的實時檢測與反饋控制。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)置應變片式自檢測壓電驅(qū)動平臺，其特征在于基板(2)的前端設置兩平行薄板(4)，兩平行薄板(4)之間為載物臺(5)，平行薄板之后設有一凹槽(6)，壓電疊堆(3)嵌入在該凹槽(6)內(nèi)且一端頂?shù)钟谄叫斜“?；應變?1)分別粘接在平行薄板(4)上；各應變片(1)之間通過導線連接構(gòu)成惠斯通電橋；壓電疊堆(3)和基板(2)的兩平行薄板(4)構(gòu)成驅(qū)動單元；基板(2)的兩平行薄板(4)和應變片(1)構(gòu)成檢測單元，兩平行薄板(4)為檢測單元的彈性體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置應變片式自檢測壓電驅(qū)動平臺，其特征在于所述的應變片(1)粘接在平行薄板(4)的兩端相對內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置應變片式自檢測壓電驅(qū)動平臺，其特征在于所述的應變片(1)粘接在平行薄板(4)的中部相對外側(cè)。
專利摘要本實用新型涉及一種內(nèi)置應變片式自檢測壓電驅(qū)動平臺，屬于機電領域。結(jié)構(gòu)是基板的前端設置兩平行薄板，兩平行薄板之間為載物臺，平行薄板之后設有一凹槽，壓電疊堆嵌入在該凹槽內(nèi)且一端頂?shù)钟谄叫斜“?，應變片分別粘接在平行薄板的兩端相對內(nèi)側(cè)或者中部相對外側(cè)，各應變片之間通過導線連接構(gòu)成惠斯通電橋；優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，功能集成化，大大減小了裝置體積同時降低了成本。在實現(xiàn)精密位移輸出的同時利用內(nèi)置的應變片實現(xiàn)位移自檢測，利于裝置的反饋控制，輸出位移分辨率高于20nm，可以拓展到微觀力學測試、微定位、超精密加工、精密工程、微機電系統(tǒng)(MEMS)、精密光學、生物醫(yī)學、微小機器人等領域。
文檔編號H02N2/02GK201976028SQ201120115359
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者萬順光, 史成利, 楊潔, 王小月, 米杰, 耿春陽, 袁英堃, 趙宏偉, 馬志超, 黃虎 申請人:吉林大學