[发明专利]内置应变片式压电陶瓷的位移检测装置及检测方法

权利要求书

1.内置应变片式压电陶瓷的位移检测装置，包括微位移运动平台、高压电源(7)、激光测长干涉仪(8)和隔振平台(5)，其特征是，还包括位移检测电路(6)，所述微位移运动平台安装在隔振平台(5)上，内置应变片式压电陶瓷(3)安装在微位移运动平台上，所述激光测长干涉仪角镜(1)安装于微位移运动平台上，高压电源(7)向内置应变片式压电陶瓷(3)输出电压，所述内置应变片式压电陶瓷(3)驱动微位移运动平台竖直运动，所述位移检测电路(6)与激光测长干涉仪(8)同时测量内置应变片式压电陶瓷(3)，计算得到应变片的位移值；

所述位移检测电路(6)包括应变片供电电源模块，微弱差分信号放大电路模块，信号调理与滤波模块，模数转换模块以及微处理器模块，应变片供电电源模块为应变片供电，所述应变片在压电陶瓷激励下产生的应变量依次经由微弱差分信号放大电路模块、信号调理与滤波模块、模数转换模块以及微处理器模块后，获得数字化的电压值。

2.根据权利要求1所述的内置应变片式压电陶瓷的位移检测装置，其特征在于，所述应变片供电电源模块输出10V直流电压，所述应变片供电电源模块采用电压基准芯片和同相比例放大器实现。

3.根据权利要求1所述的内置应变片式压电陶瓷的位移检测装置，其特征在于，所述微弱差分信号放大电路采用仪表放大器，所述仪表放大器的放大倍数通过增益电阻设置为330倍。

4.根据权利要求3所述的内置应变片式压电陶瓷的位移检测装置，其特征在于，所述增益电阻采用1‰精度的柱状贴片薄膜电阻器，增益电阻的增益偏移调节通过调节电阻器实现。

5.根据权利要求1所述的内置应变片式压电陶瓷的位移检测装置，其特征在于，所述信号调理与滤波模块通过同相衰减电路将输出电压范围设定为0～10V，滤波器采用六阶巴特沃斯低通滤波器实现，其中截止频率为200Hz，1200Hz的滚降为-60dB。

6.根据权利要求1至5所述的任意一项权利要求所述的内置应变片式压电陶瓷的位移检测装置的检测方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：

步骤一、将内置应变片式压电陶瓷(3)安装在微位移运动平台上，并校准激光测长干涉仪；

步骤二、控制高压电源(7)输出不同的电压使内置应变片式压电陶瓷在全位移行程下以固定的步进量单向运动，运动至指定位置时，依次采集所述输出不同电压时位移检测电路(6)检测的电压值与激光测长干涉仪(8)测量的位移值；

步骤三、将步骤二中获得的位移检测电路(6)检测的电压值作为输入，激光测长干涉仪(8)测量的位移值作为输出，采用最小二乘法，获得应变片测量位移值。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述高压电源(7)的电压输出范围为0～100V。

8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述微位移运动平台实现等比位移输出且位移分辨率小于10nm。

9.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述激光测长干涉仪(8)的位移分辨率小于2nm。

10.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，步骤一中校准激光测长干涉仪的过程为：将平面反射镜加入到激光干涉仪光路中，调整激光干涉仪，使反射光线与入射光线重合以保证干涉仪入射光线垂直平面反射镜，最后将平面反射镜移出激光干涉仪光路，实现激光干涉仪光路的调节。