[发明专利]一种高可靠性压电指向调节机构及其实现方法

说明书

压电指向调节机构在卫星激光通信、激光武器、天文光学观测领域广泛应用，由于使用条件特殊，对产品的寿命和可靠性提出极高需求。本发明针对现有压电指向调节机构单个压电堆工作电压较高，由于单个压电堆击穿导致整个机构失效的缺点，提出一种高可靠性压电指向调节机构及其实现方法，通过压电堆串联安装之后再进行差分驱动的工作方式，实现压电堆工作电压、工作电流、热耗大幅降低，压电堆工作寿命大幅度提高。通过在所有压电堆表面粘接电阻应变片，组成应变全桥来实现偏转角度的测量。当偏转轴下某一压电堆击穿或某一偏转轴向下不同压电支撑单元各有一个压电堆击穿时，驱动单元和应变测量单元仍能够正常工作，提高产品的可靠性。

技术领域

本发明属于光束调节控制领域，具体描述了一种高可靠性压电指向调节机构及其实现方法。

背景技术

光束指向调节机构通常驱动镜片实现光束的反射调节，通常也称为快反镜。指向调节机构常用的驱动元件为压电陶瓷和音圈电机，根据驱动元件的类别可以分为压电型指向调节机构和电磁式指向调节机构。由于压电类指向机构具有尺寸小、指向精度高、重量轻、发热量小等优点，获得了广泛得应用。常规压电指向调节机构根据所需要的偏转范围，选择不同行程的压电堆。以四点支撑的压电精指向机构为例，单轴偏转需要用到两个压电堆，通过两个压电堆差分驱动的方式实现绕某一轴的偏转。通过结构设计上的双轴解耦，四个压电堆实现可实现机构的二维的偏转。

压电堆是电容性负载，压电堆失效形式主要表现为压电堆的击穿，压电堆的失效通常造成功率驱动电路的短路。现有的压电精指向机构，无论是三点支撑还是四点支撑的二维指向调节机构，以及两点支撑的一维调节指向调节机构，一旦压电堆电击穿失效，结构的调节能力就会丧失。由于电路的短路，往往造成驱动器的过流甚至破坏。压电指向调节机构经常应用于高精密光学系统，如卫星激光通信终端，天文光学成像稳定系统中，产品几乎不具备维修性，对所使用的指向调节产品提出了极高的可靠性要求。然而，现有的压电光束调节机构设计方式很难保证高可靠性，因此，单个压电堆的击穿失效可能会付出高昂的代价。针对现有压电指向调节机构往往会采用整体备份的方式，这样会增大所在系统的质量、体积，驱动电路以及控制软件的研制成本，在某些有空间或重量等因素限制的条件下是不允许的。

发明内容

为了弥补现有压电指向调节机构上述缺点，本发明提出了一种高可靠性压电指向调节机构及其实现方法，可有效的提高产品的可靠性，该技术可应用于指向调节机构，同时可以应用到以压电堆为驱动元件做线性位移输出控制的同类装置中。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高可靠性压电指向调节机构，包括含有柔性环的一体化外壳1，含有柔性环的一体化外壳1与底座6同心安装并固定连接，第一压电驱动单元3、第二压电驱动单元12、第三压电驱动单元13、第四压电驱动单元2固定在底座6上，绕底座上安装面圆心90°阵列粘接固定；第一压电驱动单元3、第二压电驱动单元12、第三压电驱动单元13和第四压电驱动单元2结构相同，所述第一压电驱动单元3包括第一缓冲球3.1、第一金属垫片3.2、第一电阻应变片3.3、第二电阻应变片3.4、第一压电堆3.5、第三电阻应变片3.6、第四电阻应变片3.7、第二压电堆3.8；第一压电驱动单元3内部连接关系为：第一缓冲球3.1通过与含柔性环的一体化机壳1相连接，位置由含柔性环的一体化机壳1内部锥形槽约束，第一缓冲球3.1通过含柔性环的一体化机壳安装受力与第一金属垫片3.2接触，第一电阻应变片3.3和第二电阻应变片3.4粘贴在第一压电堆3.5相对的两个光滑面上，居中粘接，第三电阻应变片3.6和第四电阻应变片3.7粘接在第二压电堆3.8 相对的两个光滑面上，居中粘接；第一压电堆3.5和第二压电堆3.8叠层放置且两个电极面对齐放置；

第一压电驱动单元3和第三压电驱动单元13工作输出的偏转方向为X轴，第二压电驱动单元12和第四压电驱动单元2偏转方向为Y轴。

含有柔性环的一体化外壳1经过第一定位销5、第二定位销7和第三定位销 10实现与底座6的同心安装，通过第一紧定螺钉4、第二紧定螺钉8、第三紧定螺钉9和第四紧定螺钉11和底座连接并固定。