專利名稱：內置應變片式自檢測壓電驅動平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機電類，特別涉及一種集驅動和檢測于一體的內置應變片式自檢測壓電驅動平臺。可以應用于超精密加工、精密工程、微機電系統(MEMS)、精密光學、生物醫學、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，精密驅動與精密檢測技術在高精密儀器與設備中發揮著越來越重要的作用。在驅動方面，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動器大量涌現。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。目前的驅動器大致可以分為兩類一類是以實現多自由度或大行程為目的的驅動器，這類驅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，結構也相對比較復雜，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。然而目前大多數以精密位移輸出為目的的驅動器，其所用的檢測元件是商業化的傳感器，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構來進行裝配，這樣就導致了結構龐大，同時由于存在復雜裝配也會導致裝置的剛度下降并經常伴隨有安裝誤差產生。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種內置應變片式自檢測壓電驅動平臺，實現精密驅動的同時實現位移自檢測，解決了目前驅動器結構復雜，沒有檢測元件；驅動傳感器結構龐大、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精密驅動與自檢測的技術方案，壓電疊堆作為核心驅動源，結合柔性鉸鏈的作用可以實現精密位移輸出，而應變片可以實現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內置應變片式自檢測壓電驅動平臺，其結構包括應變片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內且一端頂抵于平行薄板，是驅動單元的動力源，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換； 應變片1分別粘接在平行薄板4的兩端相對內側或者中部相對外側。各應變片1之間通過導線連接構成惠斯通電橋；壓電疊堆3和基板2的兩平行薄板4構成驅動單元；基板2的兩平行薄板4和應變片1構成檢測單元，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的電阻產生變化，經惠斯通電橋轉換成電壓變化，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動平臺的輸出位移，選擇時根據貼片位置空間大小而定。通過控制壓電疊堆3的驅動電壓，使其產生精密位移輸出，通過兩平行薄板2轉換為載物臺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，并可實現反饋控制。本實用新型的有益效果在于提出一種集驅動和檢測于一體的內置應變片式自檢測壓電驅動平臺，結構簡單，功能集成化，大大減小了裝置體積同時降低了成本。在實現精密位移輸出的同時利用內置的應變片實現位移自檢測，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(MEMS)、精密光學、生物醫學、微小機器人等領域。
圖1為本實用新型的結構示意圖；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，本實用新型的內置應變片式自檢測壓電驅動平臺，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內且一端頂抵于平行薄板，是驅動單元的動力源，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換；應變片1分別粘接在平行薄板4的兩端相對內側或者中部相對外側。各應變片1之間通過導線串接構成惠斯通電橋；壓電疊堆3和基板2的兩平行薄板4 構成驅動單元；基板2的兩平行薄板4和應變片1構成檢測單元，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的電阻產生變化，經惠斯通電橋轉換成電壓變化，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動平臺的輸出位移，選擇時根據貼片位置空間大小而定。通過控制壓電疊堆3的驅動電壓，使其產生精密位移輸出，通過兩平行薄板2轉換為載物臺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，并可實現反饋控制。本實用新型的工作過程如下初始狀態時，壓電疊堆3不帶電，系統處于自由狀態，通過電路調節使惠斯通電橋輸出電壓為零。給壓電疊堆3提供一定的驅動電壓，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產生形變，使粘貼在該平行薄板2上的應變片 1也隨之產生形變，導致其電阻值發生變化，通過惠斯通電橋將應變片電阻值變化轉化成電壓值變化輸出，之后經過信號的調理與放大，通過A/D數據采集卡實現采集，從而實現對載物臺輸出位移的實時檢測與反饋控制。
權利要求1.一種內置應變片式自檢測壓電驅動平臺，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)內且一端頂抵于平行薄板；應變片(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成惠斯通電橋；壓電疊堆(3)和基板(2)的兩平行薄板(4)構成驅動單元；基板(2)的兩平行薄板(4)和應變片(1)構成檢測單元，兩平行薄板(4)為檢測單元的彈性體。
2.根據權利要求1所述的內置應變片式自檢測壓電驅動平臺，其特征在于所述的應變片(1)粘接在平行薄板(4)的兩端相對內側。
3.根據權利要求1所述的內置應變片式自檢測壓電驅動平臺，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。
專利摘要本實用新型涉及一種內置應變片式自檢測壓電驅動平臺，屬于機電領域。結構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且一端頂抵于平行薄板，應變片分別粘接在平行薄板的兩端相對內側或者中部相對外側，各應變片之間通過導線連接構成惠斯通電橋；優點在于結構簡單，功能集成化，大大減小了裝置體積同時降低了成本。在實現精密位移輸出的同時利用內置的應變片實現位移自檢測，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(MEMS)、精密光學、生物醫學、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 優先權日2011年4月19日
發明者萬順光, 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