[发明专利]结合磁场的压电驱动器位移测量系统和测量方法

说明书

本发明涉及一种结合磁场的压电驱动器位移测量系统和测量方法，属于精密机械领域。包括驱动模块、驱动器样机、测量模块和电压采集处理模块。驱动模块使驱动器样机输出位移，在磁场力作用下，测量模块的压电晶片随位移输出发生弹性形变，由于压电效应，压电晶片左右表面产生相反电荷，由电荷放大器放大并转换成电压输出，经电压采集处理模块将电压信号采集并进行处理分析，实现对驱动器位移的测量。优点在于：结合磁场将位移转换成电压输出，通过比对标定位移和电压实现对大行程位移的测量；对输出电压的监测可辅助构建反馈控制系统，对改善冲击惯性压电驱动器的步进不稳定性有积极作用。在精密光学、生物医学工程等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及精密机械领域，特别涉及一种结合磁场的压电驱动器位移测量系统和测量方法。为高速、大行程压电驱动器的位移测量研究提供一种方案，同时为搭建压电驱动器的反馈控制系统提供一种可行方法。在精密和超精密加工、精密光学、生物医学工程等领域具有广阔的应用前景。

背景技术

压电驱动技术因其精度高、快速响应和无电磁干扰等显著优势在精密和超精密加工、精密光学、生物细胞显微操作等领域广受关注。利用压电材料的逆压电效应，将电能转化为机械能，提供纳米级的位移输出。目前压电驱动器主要包括直动式和步进式；步进式又分为谐振的超声压电驱动器和非谐振的冲击惯性压电驱动器、粘滑惯性驱动器和尺蠖式压电驱动器。

在目前的研究中，提高压电驱动器的输出性能一直是研究者的研究重点，但在压电驱动器的研究过程中，受限于激光测微仪的测量范围的限制，其测量行程受到限制，这不便于高速、大行程驱动器的研究。同时由于压电驱动器实际工作过程中易受到环境的干扰而运动失稳，因此搭建压电驱动器的反馈控制系统对于保证压电驱动器稳定工作具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合磁场的压电驱动器位移测量系统和测量方法，通过比对标定压电驱动器的位移输出和压电晶片的电信号，得到电压和位移关系，从而找到一种用电压信号来测量位移的方法，为高速、大行程的压电驱动器的位移测量提供一种方案；同时对本系统压电晶片电压的监测将作为反馈信号对输入电压进行负反馈调节，以此维持压电驱动器稳定的工作状态，并且为搭建压电驱动器的反馈控制系统提供一种可行性方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种结合磁场的压电驱动器的位移测量系统，包括驱动模块、驱动器样机1、测量模块和电压采集处理模块，各模块之间通过导线9进行连接；驱动模块使驱动器样机1输出位移，在磁场力作用下，测量模块的压电晶片4随着位移输出发生弹性形变，由于压电效应，压电晶片4左右两表面产生相反电荷，由电荷放大器6进行放大并转换成电压输出，经电压采集处理模块将电压信号采集并进行处理分析，实现对驱动器位移的测量。

所述的驱动模块包括信号发生器2和功率放大器3，信号发生器2产生的电压信号经功率放大器3进行放大，作为压电驱动器的驱动电源。

所述的驱动器样机1包括螺旋测微头1-1、底座1-2、导轨1-3、紧固螺钉1-4、L形支撑架1-5、柔性铰链1-6、楔形块1-7、压电叠堆1-8、惯性质量块1-9、永磁铁1-10、永磁铁对1-11、簧片1-12、固定块A1-13和固定块B1-14；螺旋测微头1-1采用过盈配合的方式装配在底座1-2上，导轨1-3的滑轨通过紧固螺钉1-4与底座1-2相连，L形支撑架1-5紧固在导轨1-3的滑块上；压电叠堆1-8用楔形块1-7预紧安装在柔性铰链1-6的凹槽内，惯性质量块1-9紧固在柔性铰链1-6的自由端，永磁铁1-10吸附在惯性质量块1-9上，在将柔性铰链1-6用紧固螺钉1-4安装在L形支撑架1-5上；永磁铁对1-11吸附在簧片1-12的顶端，用固定块A1-13和固定块B1-14夹持簧片1-12底部并用紧固螺钉1-4紧固，再将固定块A1-13和固定块B1-14固定在L形支撑架1-5上；这里需要保持永磁铁1-10和永磁铁对1-11的正相对，避免剪切力的产生。