[实用新型]一种基于单个压电堆栈的纳米定位器

说明书

本实用新型公开了一种基于单个压电堆栈的纳米定位器，所述纳米定位器包括基座、压电堆栈、刚性导向块、柔性导向块和滑杆，压电堆栈垂直固定装设于基座上，刚性导向块包括上刚性导向块和下刚性导向块，上刚性导向块固定装设在压电堆栈的上自由端，下刚性导向块固定装设在压电堆栈的下自由端；柔性导向块装设于压电堆栈的中部位置，刚性导向块与柔性导向块共同作用产生挤压力将滑杆固定在压电堆栈的垂直中心对称轴处；上刚性导向块和下刚性导向块上均开设有固定槽，且滑杆固定于固定槽中；本实用新型结构简单、易制作，且结构刚性强，驱动力大，仅需一个压电堆栈和两路三角波电压驱动信号即可控制滑杆的纳米级位置调整和厘米范围的调节。

技术领域

本实用新型属于纳米定位器技术领域，涉及一种微驱动系统，尤其涉及一种基于单个压电堆栈的纳米定位器。

背景技术

纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应 用。随着纳米科学技术的发展，又引发了一系列新的科学技术，如纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学和纳米计量学等，而纳米定位器正是纳米科技研究中用于纳米定位和纳米测量的新型微驱动系统。

纳米定位器是一种能够同时实现纳米级定位精度和厘米级行程的压电定位器，它主要利用压电陶瓷基片或薄膜、电致伸缩材料的声振动和微小形变的累加效果来产生移动，而压电堆栈则是在此基础上扩大了其性能：不仅保持了压电陶瓷片原有的特性和优点，而且其位移量和输出力都有较大提高。由于纳米定位器具有结构简单、设计灵活、驱动力大等优点而被广泛应用于纳米技术、微机械和微系统、通讯传感技术、半导体技术、电子扫描技术、微生物技术等领域，特别是在极低温和超强磁场等极端条件下作为微型扫描探针显微镜的微调定位装置以及大型天文望远镜的子镜面位移调节装置。

现就目前应用较为广泛的几款定位器结构进行比较：

（1）Pan型纳米定位器：使用6组相同的剪切压电堆栈通过挤压方式固定中心滑杆，分别利用6路高压脉冲信号驱动剪切压电堆栈交替伸缩，从而实现滑杆的步进。其结构较为复杂，需要6路高压驱动信号，附加的电子噪音较大，制作成本较高。

（2）Panda型纳米定位器：将一个完整压电陶瓷管的外电极中部的电极层刮掉，形成两个串联的压电陶瓷管段，利用置于压电陶瓷管内部的铍铜弹簧片与陶瓷管两端的基座环通过挤压方式固定滑杆，然后通过脉冲电压信号控制两个压电陶瓷管的有序伸缩，从而实现纳米级的位置调整。此款定位器对相关零部件的加工精度要求较高，制作较为复杂，整体机械结构刚性不强。

（3）Tuna型纳米定位器：由5个压电堆栈组装而成，其中两个前肢堆和两个后肢堆分别相互串联，首先通过放大器输出的两路高频周期性振动信号降低前、后肢堆与滑杆间的摩擦力，然后再由另一路不同频率的电压伸缩信号控制体堆栈的伸缩，以带动前后肢堆的移动实现整体的步进。此款定位器结构复杂，而且需要三路不同频率的驱动信号控制，控制相对复杂。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供了一种基于单个压电堆栈的纳米定位器，该纳米定位器整体结构简单、机械结构刚性强、步进精度高，有效解决了现有技术中纳米定位器结构复杂、制备成本高、机械刚性不强且不易控制的问题，具体技术方案如下：

一种基于单个压电堆栈的纳米定位器，所述纳米定位器包括压电堆栈、刚性导向块、柔性导向块、滑杆和基座，所述压电堆栈垂直固定装设于所述基座上，所述刚性导向块包括上刚性导向块和下刚性导向块，所述上刚性导向块固定装设在所述压电堆栈的上自由端，所述下刚性导向块固定装设在所述压电堆栈的下自由端；所述柔性导向块装设于所述压电堆栈的中部位置，所述刚性导向块与所述柔性导向块共同作用产生挤压力将所述滑杆固定在所述压电堆栈的垂直中心对称轴处；其中，所述上刚性导向块和下刚性导向块上均开设有固定槽，且所述滑杆固定于所述固定槽中。