[发明专利]基于仿生压电驱动原位纳米压痕/刻划测试装置

权利要求书

1.一种基于仿生压电驱动原位纳米压痕/刻划测试装置，其特征在于：包括精密驱动单元、信号检测及控制单元、装夹单元、连接单元及支撑单元，精密驱动单元、信号检测及控制单元通过装夹单元、连接单元安装在支撑单元上；

所述精密驱动单元是：压电叠堆A、B、C（18、19、20）通过竖直柔性铰链（29）驱动竖直方向动子（3），压电叠堆D~I（21~26）通过水平柔性铰链（28）驱动水平方向动子（8），其中，竖直方向动子（3）与连接板（4）刚性连接，并与竖直方向定子（2）间隙配合实现竖直方向上的直线驱动，完成金刚石压头（11）对被测试件（27）的压入压出操作，将压电叠堆A（18）和压电叠堆C（20）的驱动电源相互对换即可实现压入压出操作的相互转化；水平方向动子（8）与水平方向定子（7）所组成的轨道呈间隙配合，实现水平方向上的直线驱动，进而完成被测试件的进给与退出操作，将压电叠堆E、F（22、23）和压电叠堆D、G（21、24）的驱动电源相互对换即可实现水平方向上被测试件的进给与退出操作的相互转化；通过调整驱动电压大小即可实现驱动部分的粗调与微调的转换；连接板（4）通过压紧螺母与金刚石压头（11）刚性连接，静止平衡螺母（12）保证装置在非工作状态的时候竖直方向动子（3）不下落；

所述的信号检测及控制单元由光栅尺尺片（13）、光栅尺读数头（14）和压力传感器（5）构成，所述光栅尺尺片（13）通过螺钉与连接板（4）刚性连接；光栅尺读数头（14）通过螺钉与光栅尺支架（15）连接，工作过程中光栅尺读数头（14）保持静止，光栅尺尺片（13）随着竖直方向动子（3）做竖直直线运动，由于光栅尺尺片（13）的相对运动，光栅尺读数头（14）可以读取竖直运动位移信号；压力传感器（5）下端通过连接孔（6）与水平方向动子（8）螺纹连接，上端与载物台（10）螺纹连接，通过压力传感器获得被测试件所承载的力学载荷信号；从而获取压痕/刻划深度与所受压痕/刻划力及其相互之间的对应关系，并将检测到的载荷信号作为反馈信号对压电叠堆驱动电源进行控制，实现闭环控制；

所述的装夹单元、连接单元及支撑单元是：竖直方向定子（2）与上边框（17）刚性连接，竖直方向定子（2）作为竖直方向动子（3）的运动轨道；光栅尺支架（15）与上边框（17）固定连接，并通过调整光栅尺支架（15）的位置改变光栅尺尺片（13）与光栅尺读数头（14）之间的距离；水平方向定子（7）与下边框（9）刚性连接，水平方向定子（7）作为水平方向动子（8）的运动轨道；左边框（1）、右边框（16）、上边框（17）、下边框（9）通过螺钉刚性连接成一长方形框架，对整个装置起支撑作用。