一种测试多层压电致动器负载下位移输出的改进装置

本技术属于元器件测试检测，更具体地，涉及一种测试多层压电致动器负载下位移输出的改进装置。

背景技术：

1、多层压电陶瓷致动器是基于压电陶瓷的电致应变效应，由压电陶瓷与金属内电极交替堆叠而成，可以实现电场控制下的高精度位移和应力输出。该微纳致动器具有控制精度高（~nm）、响应速度快（~μs）、输出力大（~30mpa）、线性好、抗电磁干扰等优势，在航空航天光学、半导体制造、生命医疗、汽车零部件等领域有着广泛的用处。

2、输出力和负载下的位移输出是多层压电致动器的关键核心参数；压电驱动器的输出力定义为：当加载一个负载使得驱动器完全不能输出位移即为最大输出力，即需要一个具有无限刚度的负载，但无限刚度的负载并不存在。目前常用的测试输出力的方法为：在未加负载下给压电驱动器输入电压，然后不断增加负载使驱动器的行程回到未加电压时的长度，该负载即为驱动器的最大输出力。

3、关于此参数的测试，国外有相关报道（j. phys. d: appl. phys. 43 (2010)365401，j. am. ceram. soc., 97 [9] 2842–2849 (2014)，journalof the europeanceramic society 37 (2017) 2039–2046），但是采用标样压电致动器施加负载，结构负载，造价高昂。国内的两个专利（zl202111151824.5, zl202111154753.4），涉及此参数测试的装置，但是平台仅设置2个lvdt位移传感器，装置整体的稳定性较差、调整较费时，在测量时，无法保证位移传感器均位于同一水平面，容易导致2个lvdt位移传感器数据相差过大。

技术实现思路

1、针对相关技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种测试多层压电致动器负载下位移输出的改进装置，旨在解决位移传感器测量数据误差较大，测试平台稳定性和可操作性不高的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了一种测试多层压电致动器负载下位移输出的改进装置，包括：螺纹管杆、预紧手轮、平台盖板、支撑管柱、蓄力弹簧、上滑平台、调整垫块、中滑平台、位移传感器、锁紧机构17、被测驱动器、下滑平台、压力传感器、平台底板和吊拉轴滚珠；

3、所述支撑管柱和吊拉轴滚珠的两端分别设置在所述平台盖板和平台底板内，所述支撑管柱用于在所述平台盖板和平台底板之间进行支撑；

4、所述上滑平台、中滑平台和下滑平台依次从上至下嵌套在所述吊拉轴滚珠上，均沿着所述吊拉轴滚珠上下滑移；

5、所述螺纹管杆的顶端设置所述预紧手轮，所述平台盖板的中心螺旋配合所述螺纹管杆，所述螺纹管杆下端与所述上滑平台的上平面之间设置所述蓄力弹簧；

6、所述上滑平台的下平面中心与所述中滑平台的上平面中心之间设置所述调整垫块，所述调整垫块用于调控所述蓄力弹簧的预紧初始力；

7、所述中滑平台为上下端面是等边三角形的三棱柱，每一个侧面均设置一个所述锁紧机构，所述锁紧机构用于与所述中滑平台配合，分别可拆卸地紧固三个所述位移传感器；

8、所述中滑平台的下平面中心与所述下滑平台的上平面中心之间紧贴着所述被测驱动器的上下两端面，所述下滑平台的上平面抵着所述位移传感器的触头，所述下滑平台和所述平台底板之间紧贴设置所述压力传感器；

9、所述预紧手轮用于调节所述螺纹管杆的进深长度，从而调整所述被测驱动器的负载大小；所述被测驱动器加载设定电场值，所述压力传感器用于测量所述被测驱动器在负载下的输出力，所述位移传感器用于测量所述被测驱动器在负载下的位移。

10、可选的，所述平台底板的底部侧边设置垫片凹槽，所述平台底板的底部中心为镂空结构；

11、所述垫片凹槽处嵌入底板垫片，所述底板垫片用于增大所述改进装置底部的摩擦力。

12、可选的，所述改进装置还包括第一吊拉光轴、拉杆垫圈和拉杆螺母，所述平台底板上还设置吊杆底通孔、吊杆底凹台孔和滚珠底凹台孔，所述平台盖板上还设置吊杆盖通孔、吊杆盖凹台孔和滚珠盖凹台孔；

13、所述吊拉轴滚珠中空，所述第一吊拉光轴贯穿所述吊拉轴滚珠；所述吊拉轴滚珠的上下两端头分别与所述滚珠盖凹台孔和滚珠底凹台孔相配合；

14、所述第一吊拉光轴的上下两端外螺纹分别穿越所述吊杆盖通孔和所述吊杆底通孔，并且上下两端外螺纹分别由所述拉杆垫圈和拉杆螺母紧固在所述吊杆盖凹台孔和吊杆底凹台孔之中。

15、可选的，所述平台底板上还设置撑杆底通孔、撑杆底凹台孔和撑管底凹台孔，所述平台盖板上还设置撑杆盖通孔、撑杆盖凹台孔和撑管盖凹台孔；

16、所述支撑管柱中空，其中贯穿第二吊拉光轴；所述支撑管柱的上下两端头分别与所述撑管盖凹台孔和撑管底凹台孔相配合；

17、所述第二吊拉光轴的上下两端外螺纹分别穿越所述撑杆盖通孔和所述撑杆底通孔，并且上下两端外螺纹分别由所述拉杆垫圈和拉杆螺母紧固在所述撑杆盖凹台孔和撑杆底凹台孔之中。

18、可选的，所述平台盖板上还设置盖板套孔；螺纹套管由套管基圆和套管基面构成，所述螺纹套管的肩部凸出，其上端面为所述套管基面；

19、所述螺纹套管的内侧设置套管内螺纹，外侧设置套管外螺纹，所述套管内螺纹内配合所述螺纹管杆，所述套管外螺纹配合套管螺母；

20、所述套管螺母的内侧设置套母内螺纹，所述套管螺母的肩部凸出，其上端面为套母基面；所述套母内螺纹与所述套管外螺纹相配合，所述套母基面紧贴着所述平台盖板的下平面；

21、所述套管基圆与所述盖板套孔相配合，所述套管基面紧贴着所述平台盖板上平面。

22、可选的，所述改进装置还包括导向轴座、导向轴滚珠、上轴承座、推力轴承和下轴承座；

23、所述螺纹管杆上设置管杆方头、管杆外螺纹、管杆导孔和管杆端面所述管杆方头上配置所述预紧手轮，所述管杆外螺纹与所述套管内螺纹相配合，所述管杆端面抵着所述上轴承座，所述管杆导孔与导向轴滚珠外缘滑动配合；

24、所述导向轴座上设置有导座支轴、导座轴柱和导座支盘；所述导座轴柱与导向轴滚珠在所述管杆导孔中滑动配合；所述导座支轴位于所述上滑平台中心，所述导座支盘上托着所述蓄力弹簧的下端面，所述蓄力弹簧的上端面抵着所述下轴承座，所述下轴承座与所述上轴承座之间设置所述推力轴承。

25、可选的，所述上滑平台为发射状，包括三个分支；所述上滑平台在中心位置设置上平台芯孔，在三个分支上设置上平台滑孔，分支之间设置上平台凹弧；平台芯板设有第二凸台；

26、所述中滑平台的侧面设置中平台半圆槽，所述中平台半圆槽的两侧分别设置锁紧定孔和锁紧扣孔，用于放置所述锁紧机构；所述中滑平台的三个顶角设置中平台滑孔；

27、所述下滑平台为上下端面是等边三角形的三棱柱，所述下滑平台的三个顶角出设置下平台滑孔；

28、所述上平台凹弧为所述位移传感器的上方留出空间；所述上平台滑孔、中平台滑孔和下平台滑孔内过盈配合有钢套外圈，所述钢套外圈的内孔都与所述吊拉轴滚珠之间滑动配合；所述上平台芯孔的上半段配合着所述导座支轴，下半段与所述平台芯板的第二凸台过盈配合。

29、可选的，所述锁紧机构包括锁紧镂空槽、锁紧销孔、锁紧扣槽和锁紧半圆槽；所述锁紧销孔与所述锁紧定孔之间由锁紧轴销可摆转连接固定；

30、所述锁紧扣孔处采用活结螺丝固定；所述活结螺丝由活结脑孔和活结螺柱所组成，所述活结脑孔与所述锁紧扣孔之间由所述锁紧轴销可摆转连接固定，所述锁紧轴销末端由轴销垫圈和轴销螺母紧固；

31、所述活结螺柱上活动配合锁紧大垫圈和元宝螺母，所述锁紧大垫圈覆盖在所述锁紧扣槽的外面，所述元宝螺母借助于所述锁紧大垫圈传力控制所述锁紧扣槽；

32、所述锁紧半圆槽与所述中平台半圆槽共同抱夹所述位移传感器。

33、通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

34、1、本实用新型提供的一种测试多层压电致动器负载下位移输出的改进装置，本技术方案施加应力通过预紧手轮旋转压下蓄力弹簧施加负载，通过高压放大器和信号发生器对被测驱动器加载设定电场值，通过三个位移传感器测量被测驱动器的行程输出，在位移传感器显示被测驱动器的行程回到未加电场时的位置时，压力传感器测量的输出力即为被测驱动器的输出力；采用锁紧机构具有操作便捷，固定可靠的效果；三个位移传感器构成一个确定的平面，避免两个传感器位于不同平面导致装置稳定性差，需要进行调整，三个位移传感器测量数据的平均值较两个传感器的测量值更准确，提升平台稳定性和可操作性，提高位移传感器数据测量的一致性。

35、2、本实用新型提供的一种测试多层压电致动器负载下位移输出的改进装置，在上滑平台与中滑平台之间设置调整垫块，有利于蓄力弹簧预紧初始力的调控，对待测驱动器施加初始应力，提高待测驱动器的使用寿命。

36、3、本实用新型提供的一种测试多层压电致动器负载下位移输出的改进装置，平台底板上设置有垫片凹槽和底板镂空，底板镂空在中心位置既减轻重量又增加稳定性，垫片凹槽处嵌入底板垫片，底板垫片具有增大摩擦力的作用。

37、4、本实用新型提供的一种测试多层压电致动器负载下位移输出的改进装置，采用锁紧机构，其与中滑平台配合，可拆卸地紧固位移传感器，具有操作便捷，固定可靠的效果；螺纹套管与平台盖板分体设置既方便加工又有利于选择不同材质，螺纹套管采用摩擦系数小的黄铜件，平台盖板采用刚性强的不锈钢。