一种同时测量压电驱动器负载和输出位移的可调测量装置的制作方法

本发明具体涉及一种同时测量压电驱动器负载和输出位移的可调测量装置。

背景技术：

随着二十一世纪科技的高速发展，航空航天、光学、生物医学、机器人以及纳米技术等领域不断兴起，这些领域都需要系统执行非常精确的定位与位移，例如微量进给的实现、加工误差的直接补偿、超精度切削等。

压电驱动器是微位移设备中重要的微位移驱动部件，在这些领域内，压电陶瓷驱动器体现出以下的优势：位移分辨率高，体积小，惯性小，响应快，结构简单。

在应用时，需要知道不同负载（作用力）下压电驱动器的驱动电压与输出位移之间的关系，因此，设计一种同时测量压电驱动器负载和输出位移的，装置，能够使压电驱动器在这些领域实现更高精度定位，得到更好的应用，具有重要的意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种同时测量压电驱动器负载和输出位移的可调测量装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种同时测量压电驱动器负载和输出位移的可调测量装置，其包括底板，设置在底板上的柔性放大机构，所述柔性放大机构包括两组由若干直圆柔性铰链连接构成的铰链组，两组铰链组的两端分别连接，其中一组铰链组设有固定端，所述固定端固定设置在所述底板上，另一组铰链组设有位移端，所述位移端的外侧固定设置位移传感器，所述位移传感器的检测端与位移端接触，所述两组铰链组的中间设有压电驱动器，两组铰链组的任意一个连接处设置调节机构，所述调节机构与压电驱动器的一端接触，所述压电驱动器的另一端设置压力传感器，所述压力传感器的后端与两组铰链组的另一个连接处接触。

两组铰链组通过两个竖直端连接，且呈矩形设置。

所述柔性放大机构一体成型设置。

任意一组铰链组中的一个直圆柔性铰链向外延伸形成固定端，所述固定端与底座固定连接。

任意一个竖直端内侧设有滑槽，所述调节机构穿过竖直端与滑槽构成滑移配合，且所述调节机构的一端与压电驱动器相接触。

所述调节机构包括调节螺丝以及与调节螺丝构成联动配合的调节块，所述调节块与所述压电驱动器接触设置。

所述调节块与压电驱动器之间设有滚珠。

所述底盘上固定设有可拆卸的固定底座，所述压电驱动器放置在该固定底座上。

所述固定底座的截面呈圆弧形或矩形。

本发明的有益效果：用压力传感器直接测出压电驱动器的作用力（负载）；该装置用位移传感器直接测出柔性桥式放大机构位移端的位移，再根据柔性桥式放大机构的放大率计算出压电驱动器的伸长量（输出位移）。

附图说明

图1为本发明的立体示意图。

图2为本发明的的结构示意图。

图3为柔性桥式放大机构的简单示意图。

图4为柔性桥式放大机构的原理图。

图5a、b为固定底座的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明公开了一种同时测量压电驱动器负载和输出位移的可调测量装置，其包括底板1，设置在底板上的柔性放大机构7，所述柔性放大机构包括两组若干直圆柔性铰链71连接的铰链组，两组铰链组的两端分别连接，即两组铰链组通过两个竖直端72连接，且呈矩形设置，其中一组铰链组的直圆柔性铰链放置在所述底板上，该直圆柔性铰链外侧向外延伸形成固定端73，用螺栓固定在底板上，而且该直圆柔性铰链为该组铰链组的中心，另一组铰链组的中心作为位移端，该位移端的外侧固定设置位移传感器，所述位移传感器2的检测端与位移端相接触，在压电驱动器受电时，该位移传感器能够检测柔性放大机构的位移量。

其中，位移端以及移动端两侧相邻的两直圆柔性铰链的圆弧面不在同一直线上，具有偏差b。

所述两组铰链组的中间设有压电驱动器，两组铰链组的任意一个连接处设置调节机构，即压电驱动器的右侧设置调节机构与其相接触，则压电驱动器5的左侧设置压力传感器6与其相接触，同时压力传感器6的另一端与另一个连接处相接触。

该调节机构包括穿过竖直端设置的调节螺丝4，所述调节螺丝的一端与调节块3构成联动配合。其中调节螺丝与柔性放大机构螺纹连接。

任意一个竖直端内侧设有滑槽74，所述调节块置于所述滑槽，且所述调节块3可随调节螺丝旋转在滑槽内滑移，通过调节调节螺丝，可以调整调节块与压电驱动器之间的距离，通过改变该调节块的位置，来实现不同长度的压电驱动器的检测，同时通过调节调节螺丝，使得调节块给予压电驱动器一定的预紧力。

所述调节块与压电驱动器之间设有滚珠8，利用滚珠可以使得压电驱动器的力作用在一点，检测更准确。

所述底盘上固定设有可拆卸的固定底座，所述压电驱动器放置在该固定底座上。

所述固定底座的截面呈圆弧形或矩形，既可以测量圆管形的压电驱动器，也可以测量长条形的压电驱动器，直接通过更换固定底座即可。

压电驱动器加电压后伸长x，它的两段分别作用在压力传感器和滚珠、调节块、调节螺丝上，并传递到柔性桥式放大机构的两侧面上，产生作用力f，这个作用力由压力传感器测出；在另一个方向上产生位移y，见图3。这个位移由位移传感器测出。

桥式放大机构的放大率为λ=cotα=a/b，则压电驱动器的伸长量x=y/λ，从而间接得到压电驱动器的伸长量，如图4。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种同时测量压电驱动器负载和输出位移的可调测量装置，其包括底板，柔性放大机构，柔性放大机构包括两组铰链组，两组铰链组的两端分别连接，一组铰链组设有固定端，所述固定端固定设置在所述底板上，另一组铰链组设有位移端，位移端的外侧固定设置位移传感器，位移传感器的检测端与位移端接触，两组铰链组的中间设有压电驱动器，两组铰链组的任意一个连接处设置调节机构，调节机构与压电驱动器的一端接触，压电驱动器的另一端设置压力传感器，用压力传感器直接测出压电驱动器的作用力（负载）；该装置用位移传感器直接测出柔性桥式放大机构位移端的位移，再根据柔性桥式放大机构的放大率计算出压电驱动器的伸长量（输出位移）。

技术研发人员：沈剑英;许泽宇;陆孟杰;孙帅;宋嘉诚;张淇炜
受保护的技术使用者：嘉兴学院
技术研发日：2019.01.25
技术公布日：2019.04.19