专利名称：高精度光纤定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度光纤定位系统，其是指待定位的光纤，机械固定于一管状压电陶瓷组件上，压电陶瓷组件受闭环回路的控制电压控制而产生平面位移和俯仰位移，使待定位的光纤达到精确的定位。
现代工业加工的发展方向是精密化，从毫米到丝到微米再到亚微米的精度，目前微米、亚微米的高精度加工，只能靠光刻或激光定位来达到，对纳米级，几乎无法定位，因为激光定位的极限是亚微米量极；由于网络和光纤技术的发展，光纤的精密定位越来越重要，用途越来越广泛，如光纤焊接和近期出现的光纤路由器，都需要高精度光纤定位；光纤在焊接时，光纤与光纤必须精密对准，此时光通量会有一定的损耗，光纤定位越准，光通量损失越少，目前国际、国内进行光纤对准普遍采用的方法是利用高精度五维光学调整架，由熟习的技术人员，参考价格昂贵的测试仪器才能进行对准，对准精度为亚微米级，俯仰定位精度为0.01度左右，时间需要25分钟，而且在焊接时，由于外力作用，对准精度更差，使得目前光纤焊接后光通量损耗非常大，限制了光纤焊接的应用。
本发明的目的是采用一种管状压电陶瓷和管状定位管，组成一种压电陶瓷组件，将待定位的光纤固定于压电陶瓷组件上，在该压电陶瓷组件上施加闭环回路的控制电压，使压电陶瓷组件作平面位移和俯仰位移的组合运动，达到光纤精确定位目的。
本发明的优点是精度高，可以达到一纳米或更小，俯仰定位精度小于万分之1度或更小，时间只须十几秒钟或更少，而且在焊接时，由于闭环回路的反馈作用，可以自始自终保持对准的精度，使光纤焊接后的光通量损失大大减少，极大的提高了光纤焊接的应用。
本发明的方案是这样实现的，将二个管状的压电陶瓷管和二个相同形状的定位管组合成压电陶瓷组，在压电陶瓷的外壁上涂有相间隔彼此绝缘并且对应的四个导电层，内壁涂一层均匀导电层作为接地，在该压电陶瓷管的导电层上施加闭环回路控制的电压，该闭环回路是计算机—接口电路—AD/DA转换电路—压电陶瓷驱动电路组—压电陶瓷组—待定位光纤—定位检测电路—AD/DA转换电路—接口电路—计算机，待定位光纤机械地固定在压电陶瓷组上，随着闭环电路控制电压施加于压电陶瓷组，该压电陶瓷组将产生平面位移和俯仰位移的组合运动，并带动待定位光纤移动到某个精确的位置。
本发明有以下附图附
图1是本发明的闭环回路方框图。
附图2是本发明的一个压电陶瓷管立体示意图。
附图3是本发明的二个压电陶瓷管和二个定位管用绝缘固定环粘接的一种方式半剖视图。
附图4是本发明的二个压电陶瓷管和二个定位管用绝缘固定环粘接的另一种方式半剖视图。
附图5是本发明的二个压电陶瓷管和二个定位管用绝缘固定环粘接的又一种方式半剖视图。
附图6是本发明的二个压电陶瓷管和二个定位管用绝缘固定环粘接的又一种方式半剖视图。
附图7是本发明的二个压电陶瓷管和一个定位管用绝缘固定环粘接的一种方式半剖视图。
附图8是本发明的计算机程序流程方块图。
附图9是本发明压电陶瓷驱动电路组电路输入、输出电压流程图。
下面结合附图叙述本发明的实施例。
请参阅附图2，一个管状压电陶瓷22的外壁上涂有相间隔彼此绝缘的四个导电层21、27和23、26，在压电陶瓷驱动电路组中，各路输出电极极性对应关系是导电层21对应X正极，导电层23对应Y正极，导电层27对应X负极，导电层26对应Y负极(参阅附表1)；当需要加大控制电压对压电陶瓷管的变形量时，可在压电陶瓷管22的内壁，与外壁一样对应地涂有相间隔彼此绝缘的四个导电层，并且其极性与外壁相反，即当外壁导电层是正极性时，内壁导电层应施加负极性。
附图3是本发明的二个压电陶瓷管(与附图2的压电陶瓷管导电层结构相同)和二个定位管，用绝缘固定环粘接的一种方式半剖视图，在压电陶瓷管37的左、右端内壁与定位管35之间分别设有绝缘固定环36、40，压陶瓷管37外壁的中段设有绝缘固定环38，在压电陶瓷管33的内壁左、右端与定位管31之间设有绝缘固定环32、39，在压电陶瓷管33左端的外壁与定位管35之间，设有绝缘固定环34；当在压电陶瓷管37、33上施加闭环回路的控制电压后，压电陶瓷管37可以使定位管35的端平面产生二维平面移动，压电陶次管33可以使定位管31的端平面产生二维俯仰移动。
请参阅附图4本发明的二个压电陶瓷管和二个定位管用绝缘固定环粘接的另一种方式半剖视图，其是将附图3中的绝缘固定环38移到压电陶瓷管37的右端；当在压电陶瓷管37、33上施加闭环回路的控制电压后，压电陶瓷管37可以使定位管35同时产生在端平面的二维平移和二维俯仰移动，压电陶瓷管33可以使定位管31产生在端平面的俯仰移动，只需控制压电陶瓷管33的二维俯仰移动，使其与压电陶瓷管37产生的俯仰移动方向相反，角度相等，压电陶瓷组9就可产生精确的二维平移移动，否则，可以产生二维平移和二维俯仰的组合运动。
附图5是将附图4中的绝缘固定环40去除，把绝缘固定环34移到压电陶瓷管33的右端。
附图6是将附图5中的绝缘固定环39去除。
附图7是将附图5中的绝缘固定环32去除，并去除定位管35，把绝缘固定环34移至压电陶瓷管37左端并与其内壁固定，保留压电陶瓷管33右端内壁与定位管31之间的绝缘固定环39。
附图5到附图7的组合方式可产生相应的端平面的水平位移和俯仰位移的组合运动。
以上所有压电陶瓷组中的最外面的绝缘固定环38外壁，固定在外部粗调架上。
下面结合附图1说明本发明的闭环回路控制电压工作过程定位检测电路13是一种光通量检测电路，对待定位的光纤进行检测，将检测得到的模似信号送AD/DA转换电路5变换为数字信号，经接口电路3送计算机1，计算机1对检测电路13检测来的误差信号进行比较后，再经接口电路3、AD/DA电路5送给压电陶瓷驱动电路组7放大，该放大器组有多路放大器，并输出多路正、负极性的电压至压电陶瓷组的相应极性，如附图9所示。
计算机程序流程图如附图8所示，其工作过程，从该流程的说明，可清楚看出。
本发明可应用于任何能够提供定位检信号而需要精确定位的物体。
权利要求
1，一种高精度光纤定位系统，其特征在于将二个管状的压电陶瓷管和二个相同形状的定位管组合成压电陶瓷组(9)，在压电陶瓷管(22)的外壁上涂有相间隔彼此绝缘并且对应的四个导电层(21)、(27)和(23)、(26)，内壁涂一层均匀导电层作为接地，在该压电陶瓷管的导电层上施加闭环回路控制的电压，该闭环回路是计算机(1)—接口电路(3)—AD/DA转换电路(5)—压电陶瓷驱动电路组(7)—压电陶瓷组(9)—待定位器件(11)—定位检测电路(13)—AD/DA转换电路(5)—接口电路(3)—计算机(1)，待定位光纤(11)机械固定在压电陶瓷组上，随着闭环电路控制电压施加于压电陶瓷组，该压电陶瓷组将产生平面位移和俯仰位移的组合运动，并带动待定位光纤(11)移动到某个精确的位置。
2，按权利要求1所述的高精度光纤定位系统，其特征在于所述的压电陶瓷组(9)，是将一个压电陶瓷管(37)套在另一个压电陶瓷管(33)外面，在两个压电陶瓷管(37)、(33)之间套装一定位管(35)，在压电陶瓷管(33)的里面再装一个定位管(31)，形成交叉相间的套装，在压电陶瓷管和定位管之间留有间隙，在该间隙中用绝缘胶使压电陶瓷管和定位管粘结固定，形成数圈绝缘固定环。
3，按权利要求2所述的高精度光纤定位系统，其特征在于所述的绝缘固定环的位置设置方式有a，在压电陶瓷管(37)的左、右端内壁与定位管(35)之间分别设有绝缘固定环(36)、(40)，压陶瓷管(37)外壁的中段设有绝缘固定环(38)，在压电陶瓷管(33)的内壁左、右端与定位管(31)之间设有绝缘固定环(32)、(39)，在压电陶瓷管(33)左端的外壁与定位管(35)之间，设有绝缘固定环(34)；b，将a方式中的绝缘固定环(38)移到压电陶瓷管(37)的右端；c，将b方式中的绝缘固定环(40)去除，把绝缘固定环(34)移到压电陶瓷管(33)的右端；d，将c方式中的绝缘固定环(39)去除；e，将b中的绝缘固定环(32)去除，并去除定位管(35)，把绝缘固定环(34)移至压电陶瓷管(37)左端并与其内壁固定，保留压电陶瓷管(33)右端内壁与定位管(31)之间的绝缘固定环(39)
4，按权利要求1所述的高精度光纤定位系统，其特征在于压电陶瓷管(22)的内壁，也可以与外壁一样对应地涂有相间隔彼此绝缘的四个导电层，并且其极性与外壁相反。
全文摘要
本发明是将二个管状的压电陶瓷管和二个相同形状的定位管组合成压电陶瓷组,在压电陶瓷的外壁上涂有相间隔彼此绝缘并且对应的四个导电层,内壁涂一层接地导电层,待定位光纤机械地固定在压电陶瓷组上,随着闭环电路控制电压施加于压电陶瓷组,该压电陶瓷组将产生平面位移和俯仰位移的组合运动,并带动待定位光纤移动到某个精确的位置,优点是精度高,工作特率高,可应用于任何高精度定位物体。
文档编号G02B6/24GK1333469SQ00119429
公开日2002年1月30日 申请日期2000年7月10日 优先权日2000年7月10日
发明者赵于勒 申请人:赵于勒