壓電作動器止推力測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測量裝置，具體涉及一種壓電作動器止推力測量裝置及測量方 法。
【背景技術】
[0002] 近年來隨著微納米技術的迅猛發展，微位移壓電作動器在光學、電子、航空、航天、 機械制造、醫學及遺傳工程等技術領域取得廣泛應用。由于壓電作動器自身的剛度，作動器 的輸出力將隨輸出位移而變化：當輸出位移為0時，對外輸出力可達到最大值。此時作動器 所受的力（數值上等于對外輸出力），這里稱其為該作動器的止推力（Blocking Force)，該 力一般用于衡量作動器輸出力的能力。但是目前尚不存在一種直接用于測量作動器止推力 (Blocking Force)的測量系統。這是由于測量作動器的止推力需要使用力傳感器，而力傳 感器需要通過感知該傳感器中敏感元件的變形從而獲得力傳感器的受力信息。而當作動器 處于止推（Blocking)狀態時并不對外輸出位移，此時測力傳感器的敏感元件也就無法產 生形變從而測量作動器的輸出力。因此目前的測力傳感器無法用于測量壓電作動器的止推 力（Blocking Force)〇
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于填補上述測量技術的空白，提供一種壓電作動器止推力測量裝 置及測量方法，解決了目前壓電作動器止推力無法測量的問題，具有測量精密度高，穩定性 好，使用方便的特點。
[0004] 為達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：
[0005] 一種壓電作動器止推力測量裝置，包括外部框架1，設置在外部框架1內的作動部 件2,設置在外部框架1內并依次連接在作動部件2下端的力敏感部件3、位移控制部件4、 待測壓電作動器11、作動器連接部件5和連接彈簧8,連接彈簧8的一端連接外部框架1，調 節螺栓9從外部框架1的下端穿入并連接連接彈簧8,用來調節連接彈簧8的位置與作動 器連接部件5連接并加以固定，所述力敏感部件3上設置第一彈性元件12和第二彈性元件 13,第一彈性元件12上貼有第一應變計16和第二應變計17,第二彈性元件13上貼有第三 應變計14和第四應變計15,所述第一應變計16、第二應變計17、第三應變計14和第四應變 計15組成惠斯頓全橋；第一位移傳感器6和第二位移傳感器7分別位于外部框架1外且置 于位移控制部件4兩側，控制器10的輸入端連接第一位移傳感器6和第二位移傳感器7,輸 出端連接作動部件2,作動部件2受控制器10控制用于輸出直線位移及作用力。
[0006] 上述所述壓電作動器止推力測量裝置的測量方法，開始測量前，先通過調節螺栓9 調節連接彈簧8,使連接彈簧8與待測壓電作動器11下端的作動器連接部件5固定連接， 以適應具有不同尺寸的壓電作動器；測量時，由于待測壓電作動器11下端已被作動器連接 部件5固定，因此，如果待測壓電作動器11輸出位移，該位移將被傳遞至位移控制部件4， 并由第一位移傳感器6和第二位移傳感器7加以測量；當需要測量壓電作動器止推力時，由 控制器10采集第一位移傳感器6和第二位移傳感器7測量到的位移信號，并輸出控制信號 控制作動部件2輸出直線位移及作用力，通過對待測壓電作動器11施加壓力使待測壓電作 動器11位移保持為0 ;在作動部件2工作時，由于輸出直線位移及作用力，力敏感部件3將 產生變形，通過第一彈性元件12和第二彈性元件13以及貼于彈性元件之上的第一應變計 16、 第二應變計17、第三應變計14和第四應變計15,而該變形與作動器的輸出力相關，通過 第一應變計16、第二應變計17、第三應變計14和第四應變計15測量該變形即能夠計算出 壓電作動器輸出位移為〇時的力，即為止推力。
[0007] 本發明旨在測量技術的空白，解決目前壓電作動器止推力無法測量的問題。具有 測量精密度高，穩定性好，使用方便的特點。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發明測量系統的結構原理圖。
[0009] 圖2為本發明測量系統的立體圖。
[0010] 圖3為本發明工作示意圖。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0012] 如圖1和圖2所示，本發明一種壓電作動器止推力測量裝置，包括外部框架1，設置 在外部框架1內的作動部件2,設置在外部框架1內并依次連接在作動部件2下端的力敏 感部件3、位移控制部件4、待測壓電作動器11、作動器連接部件5和連接彈簧8,連接彈簧 8的一端連接外部框架1，調節螺栓9從外部框架1的下端穿入并連接連接彈簧8,用來調 節連接彈簧8的位置與作動器連接部件5連接并加以固定，所述力敏感部件3上設置第一 彈性元件12和第二彈性元件13,第一彈性元件12上貼有第一應變計16和第二應變計17， 第二彈性元件13上貼有第三應變計14和第四應變計15,所述第一應變計16、第二應變計 17、 第三應變計14和第四應變計15組成惠斯頓全橋；第一位移傳感器6和第二位移傳感器 7分別位于外部框架1外且置于位移控制部件4兩側，控制器10的輸入端連接第一位移傳 感器6和第二位移傳感器7,輸出端連接作動部件2,作動部件2受控制器10控制用于輸出 直線位移及作用力。
[0013] 如圖3所示，本發明所述壓電作動器止推力測量裝置的測量方法，開始測量前，先 通過調節螺栓9調節連接彈簧8,使連接彈簧8與待測壓電作動器11下端的作動器連接部 件5固定連接，以適應具有不同尺寸的壓電作動器；測量時，由于待測壓電作動器11下端已 被作動器連接部件5固定，因此，如果待測壓電作動器11輸出位移，該位移將被傳遞至位移 控制部件4,并由第一位移傳感器6和第二位移傳感器7加以測量；當需要測量壓電作動器 止推力時，由控制器10采集第一位移傳感器6和第二位移傳感器7測量到的位移信號，并 輸出控制信號控制作動部件2輸出直線位移及作用力，通過對待測壓電作動器11施加壓力 使待測壓電作動器11位移保持為〇 ;在作動部件2工作時，由于輸出直線位移及作用力，力 敏感部件3將產生變形，通過第一彈性元件12和第二彈性元件13以及貼于彈性元件之上 的第一應變計16、第二應變計17、第三應變計14和第四應變計15,而該變形與作動器的輸 出力相關，通過第一應變計16、第二應變計17、第三應變計14和第四應變計15測量該變形 即可計算出壓電作動器輸出位移為O時的力，即為止推力（Blocking force)，計算公式為：
【主權項】
1. 壓電作動器止推力測量裝置，其特征在于：包括外部框架（I)，設置在外部框架（I) 內的作動部件（2)，設置在外部框架（1)內并依次連接在作動部件（2)下端的力敏感部件 (3)、位移控制部件（4)、待測壓電作動器（11)、作動器連接部件（5)和連接彈簧（8)，連接彈 簧（8)的一端連接外部框架（1)，調節螺栓（9)從外部框架（1)的下端穿入并連接連接彈 簧（8)，用來調節連接彈簧（8)的位置與作動器連接部件（5)連接并加以固定，所述力敏感 部件（3)上設置第一彈性元件（12)和第二彈性元件（13)，第一彈性元件（12)上貼有第一 應變計（16)和第二應變計（17)，第二彈性元件（13)上貼有第三應變計（14)和第四應變 計（15)，所述第一應變計（16)、第二應變計（17)、第三應變計（14)和第四應變計（15)組成 惠斯頓全橋；第一位移傳感器（6)和第二位移傳感器（7)分別位于外部框架（1)外且置于 位移控制部件（4)兩側，控制器（10)的輸入端連接第一位移傳感器（6)和第二位移傳感器 (7)，輸出端連接作動部件（2)，作動部件（2)受控制器（10)控制用于輸出直線位移及作用 力。
2. 權利要求1所述壓電作動器止推力測量裝置的測量方法，其特征在于：開始測量前， 先通過調節螺栓（9)調節連接彈簧（8)，使連接彈簧（8)與待測壓電作動器（11)下端的作 動器連接部件（5)固定連接，以適應具有不同尺寸的壓電作動器；測量時，由于待測壓電作 動器（11)下端已被作動器連接部件（5)固定，因此，如果待測壓電作動器（11)輸出位移， 該位移將被傳遞至位移控制部件（4)，并由第一位移傳感器（6)和第二位移傳感器（7)加 以測量；當需要測量壓電作動器止推力時，由控制器（10)采集第一位移傳感器（6)和第二 位移傳感器（7)測量到的位移信號，并輸出控制信號控制作動部件（2)輸出直線位移及作 用力，通過對待測壓電作動器（11)施加壓力使待測壓電作動器（11)位移保持為0 ;在作 動部件（2)工作時，由于輸出直線位移及作用力，力敏感部件（3)將產生變形，通過第一彈 性元件（12)和第二彈性元件（13)以及貼于彈性元件之上的第一應變計（16)、第二應變計 (17)、第三應變計（14)和第四應變計（15)，而該變形與作動器的輸出力相關，通過第一應 變計（16)、第二應變計（17)、第三應變計（14)和第四應變計（15)測量該變形即能夠計算 出壓電作動器輸出位移為〇時的力，即為止推力。
【專利摘要】壓電作動器止推力測量裝置及測量方法，該系統包括外部框架，設置在外部框架內的作動部件，設置在外部框架內并依次連接在作動部件下端的力敏感部件、位移控制部件、待測壓電作動器、作動器連接部件和連接彈簧，連接彈簧的一端連接外部框架，調節螺栓從外部框架的下端穿入并連接連接彈簧，用來調節連接彈簧的位置與作動器連接部件連接并加以固定，第一位移傳感器和第二位移傳感器分別位于外部框架外且置于位移控制部件兩側并與控制器輸入端連接，控制器輸出端連接作動部件；本發明還公開了測量方法；通過本發明解決了目前壓電作動器止推力無法測量的問題，填補了測量技術的空白，具有測量精密度高，穩定性好，使用方便的特點。
【IPC分類】G01L5-00, G01L1-04
【公開號】CN104729776
【申請號】CN201510131794
【發明人】敬子建, 徐明龍, 陳楠, 宋思揚
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月24日