压电陶瓷管迟滞曲线测量装置的制作方法

专利名称：压电陶瓷管迟滞曲线测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测微技术，是一种压电陶瓷管迟滞曲线测量装置。
背景技术：
压电陶瓷管扫描器是扫描探针显微镜的主要运动部件之一，它带动探针或样品进行X、Y方向的扫描及Z轴方向的运动，从而完成样品表面形貌的成像。用于扫描器的压电陶瓷管具有如下的结构特点内表面与外表面金属化后，按径向极化，外壁金属涂层被分隔成四个电极作为水平X和垂直Y的扫描电极，整个管的内壁作为调节针尖高低的Z向电极。由于压电陶瓷管本身固有的迟滞特性，其电压与位移关系曲线呈现明显的非线性，特别是当其进行大范围扫描时，非线性更严重。此外，由于压电陶瓷管加工过程中外壁电极分割不均匀和管壁厚度不均匀等问题，使得压电陶瓷管存在非正交性，从而引起X向与Y向电压驱使的运动不能精确正交。所有这些都严重影响了扫描管的工作特征，会造成扫描图形的畸变。因此要对压电陶瓷管进行非线性和非正交性校正，首先就必须对其驱动电压与伸缩量的关系曲线进行精确测量。
理想情况下，压电陶瓷管X向和Y向完全正交，即如图2所示X向电极AB方向与Y向电极CD方向完全垂直；但实际中，由于压电陶瓷管在加工过程中所产生的一些问题的存在，就会有如图2所示的情况Y向电极在C’D’方向，这样就使得X向与Y向电压驱使的运动不能精确正交，导致测量所得到的数据不准确。为了获得准确的测量数据，就必须使得测量装置能够精确地找到压电陶瓷管的伸缩端。虽然现有技术中披露过基于迈克尔逊干涉原理的各种测微仪器技术，但是均存在不能够消除压电陶瓷管非正交性对测其迟滞曲线的影响这一技术缺陷。
实用新型内容本实用新型针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种能够消除压电陶瓷管非正交性对测其迟滞曲线的影响，从而有利于获得准确的测量数据的压电陶瓷管迟滞曲线测量装置。
本实用新型的技术方案如下压电陶瓷管迟滞曲线测量装置，包括压电陶瓷管支撑台和测算压电陶瓷管伸缩量的迈克尔逊干涉仪，其特征在于所述压电陶瓷管支撑台为旋转台。
所述旋转台上设置有旋转刻度盘。
所述迈克尔逊干涉仪通过滑动接触的结构连接于被测压电陶瓷管的伸缩端。
所述滑动接触的结构包括滑动台、滑动块和连接杆，所述滑动块设置在所述滑动台的滑槽内，所述滑动块一端固定连接于所述迈克尔逊干涉仪的反射镜，另一端固定连接于所述连接杆，所述连接杆的另一端与压电陶瓷管伸缩端滑动接触。
所述迈克尔逊干涉仪通过分光镜形成干涉条纹，所述干涉条纹的光拍信号的个数对应于压电陶瓷管的伸缩量。
本实用新型的技术效果如下由于本实用新型压电陶瓷管迟滞曲线测量装置，将压电陶瓷管支撑台设置为旋转台的可旋转结构，可以通过旋转台带动压电陶瓷管作同轴旋转，精确地找到压电陶瓷管的伸缩端，从而消除压电陶瓷管的非正交性对测其伸缩量与驱动电压关系曲线的影响，有利于获得测量数据准确的压电陶瓷管迟滞曲线。
通过该测量装置，可分别测得压电陶瓷管X向和Y向驱动电压与伸缩量之间的关系曲线；此外，还可测得X向和Y向间非正交性夹角。
由于旋转台上设置有旋转刻度盘，这就给操作带来了便利，有利于控制，并提高测量精确度。
由于迈克尔逊干涉仪通过滑动接触的结构连接于被测压电陶瓷管的伸缩端，采用滑动块带动平面反射镜移动及连接杆与压电陶瓷管伸缩端滑动接触的结构，可以避免压电陶瓷管与旋转台同轴旋转时对光路的影响。
由于迈克尔逊干涉仪通过分光镜形成干涉条纹，所述干涉条纹的光拍信号的个数对应于压电陶瓷管的伸缩量，使得本装置具有如下特点1.因为分光镜的反射和透射形成的两束光分开较远，便于分别改变两束光的光程(如移动其中一个反射镜)来观察干涉条纹的变化。2.依据平面反射镜每移动λ/2(λ为激光波长)的距离产生一个光干涉的拍信号，通过光拍信号的个数计算出压电陶瓷管伸缩量。3.测量原理和方法简单，易于实现。


图1为本实用新型结构示意图；图2为压电陶瓷管的横截面结构示意图；图3为压电陶瓷管伸缩端滑动接触结构示意图。
图中标记列示如下1.滑动台；2.压电陶瓷管；3.旋转台；4.连接杆；5.滑动块；6.激光管S；7.平面反射镜M1；8.平面反射镜M2；9.平面反射镜M3；10.平面反射镜M4；11.凸透镜G1；12.凸透镜G2；13.分光镜N；14.滤波镜F；15.接收屏P；16.干涉条纹；17.干涉条纹移动方向；18.压电陶瓷管外壁电极金属涂层；19.绝缘层；20.压电陶瓷管内壁电极金属涂层；21.接触点K。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1、图2和图3所示，本实用新型压电陶瓷管扫描器的伸缩量测量使用迈克尔逊干涉装置，其中标记6为激光管S，标记7、8、9、10分别为平面反射镜M1、M2、M3、M4，标记11、12分别为凸透镜G1、G2，标记14为滤波镜F，标记13为分光镜N，标记15为接收屏P，标记16为干涉条纹，标记17为干涉条纹移动方向，标记18为压电陶瓷管外壁金属涂层，标记19为绝缘层，标记20为压电陶瓷管内壁金属涂层，标记21为接触点K，以及滑动台1、压电陶瓷管2、旋转台3及连接杆4。其中要求压电陶瓷管2固定在旋转台3上并使两者同轴；滑动块5的一端固定反射镜M4，另一端固定一连接杆4并通过此杆与压电陶瓷管2的伸缩端滑动接触。其工作过程为从激光管S发出的一束激光经平面反射镜M1和M2被提升到一定高度，再依次经过G1、F和G2进行聚焦、滤波和扩束后变成平行光。此平行光经过分光镜N后被分成两束光(反射光和透射光)，其中一束射到固定的反射镜M3上，另一束射到固定在滑动块5上的反射镜M4上，两束光分别经过M3和M4的反射后再次经过分光镜N的透射与反射后形成明暗相间的干涉条纹16，其可在接受屏P上看到。由于在理想情况下，压电陶瓷管X向和Y向是完全正交的，即如图2所示X向电极AB方向与Y向电极CD方向完全垂直；但在实际中，存在压电陶瓷管外壁电极分割不均匀和管壁厚度不均匀等问题，就会有如图2所示的情况Y向电极在C’D’方向，这样就使得X向与Y向电压驱使的运动不能精确正交，因此采用了图1右侧的结构来精确地找到压电陶瓷管实际状况的伸缩端A(B)或C’(D’)点。实施的测量手段以施加X向电压测X向伸缩量为例，具体操作如下在调节整个光路与附加装置时将接触点K尽量设置在C(或D’)点附近即接近Y向(这可通过压电陶瓷管电极的外接电源引线点确定)，然后给压电陶瓷管2逐步施加X向电压，看干涉条纹16是否移动，如有移动需调节旋转台3改变接触点K，反复重复上述过程直到干涉条纹不再移动，这时K点一定与C(或D)点重合(AB向与CD向完全垂直)，然后再将旋转台顺时针或逆时针精确旋转90度(旋转的精确度由旋转台上的刻度盘决定)，也就是说此时接触点K与A(或B)重合，从而保证了所测得的系列对应数据为压电陶瓷管2实际状况的X向驱动电压与X向伸缩量关系。反之，测压电陶瓷管2的Y向驱动电压与Y向伸缩量关系曲线时，方法亦然。当压电陶瓷管2在电压的驱动下伸缩时会带动M4移动，进而干涉条纹由于光程差的变化也将发生移动。依据迈克尔逊干涉仪M4每移动λ/2(λ为激光波长)的距离就会产生一个光干涉的拍信号，因此可根据光拍信号的个数计算出压电陶瓷管伸缩量，从而获得压电陶瓷管的伸缩量与其驱动电压之间的关系曲线。
以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，依据本实用新型的发明创造原理，还可以作出若干变化和改进，但是，这些均落入本实用新型的保护范围。
权利要求1.压电陶瓷管迟滞曲线测量装置，包括压电陶瓷管支撑台和测算压电陶瓷管伸缩量的迈克尔逊干涉仪，其特征在于所述压电陶瓷管支撑台为旋转台。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷管迟滞曲线测量装置，其特征在于所述旋转台上设置有旋转刻度盘。
3.根据权利要求2所述的压电陶瓷管迟滞曲线测量装置，其特征在于所述迈克尔逊干涉仪通过滑动接触的结构连接于被测压电陶瓷管的伸缩端。
4.根据权利要求3所述的压电陶瓷管迟滞曲线测量装置，其特征在于所述滑动接触的结构包括滑动台、滑动块和滑动接触于压电陶瓷管伸缩端的连接杆，所述滑动块设置在所述滑动台的滑槽内，所述滑动块一端固定连接所述迈克尔逊干涉仪的反射镜，另一端固定连接于所述连接杆。
5.根据权利要求1-4之一所述的压电陶瓷管迟滞曲线测量装置，其特征在于所述迈克尔逊干涉仪通过分光镜形成干涉条纹，所述干涉条纹的光拍信号的个数对应于压电陶瓷管的伸缩量。
专利摘要本实用新型提供一种能够消除压电陶瓷管非正交性对测其迟滞曲线的影响，从而有利于获得准确的测量数据的压电陶瓷管迟滞曲线测量装置。技术方案如下压电陶瓷管迟滞曲线测量装置，包括压电陶瓷管支撑台和测算压电陶瓷管伸缩量的迈克尔逊干涉仪，其特征在于所述压电陶瓷管支撑台为旋转台；所述旋转台上设置有旋转刻度盘；所述迈克尔逊干涉仪通过滑动接触的结构连接于被测压电陶瓷管的伸缩端。
文档编号G12B21/20GK2660653SQ200320121940
公开日2004年12月1日 申请日期2003年11月19日 优先权日2003年11月19日
发明者王丹丹, 左燕生, 韩立, 安秉谦, 林云生 申请人:中国科学院电工研究所