光纤位移反馈闭环控制二维柔性铰链工作台制造技术

光纤位移反馈闭环控制二维柔性铰链工作台，涉及一种柔性铰链工作台。设有二维柔性铰链平台、横向压电陶瓷驱动器、纵向压电陶瓷驱动器、横向光纤位移传感器和纵向光纤位移传感器；二维柔性铰链平台上设有横向安装孔和纵向安装孔，以及横向光纤安装道和纵向光纤安装道，横向压电陶瓷驱动器和纵向压电陶瓷驱动器分别设于横向安装孔中和纵向安装孔中，横向光纤位移传感器设有横向光纤，纵向光纤位移传感器设有纵向光纤，横向光纤和纵向光纤分别设于横向光纤安装道和纵向光纤安装道中，横向光纤安装道及纵向光纤安装道均设有弯齿结构，横向光纤和纵向光纤的输出端外接检测闭环控制装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种柔性铰链工作台，尤其是涉及一种光纤位移反馈闭环控制二维柔性铰链 工作台。
技术介绍
在超精密加工及测量定位的工程实践中，实现纳米驱动及其定位技术，大多是采用压电 陶瓷驱动的柔性铰链工作台。由于压电陶瓷本身存在迟滞、蠕变、非线性等缺陷，因此其精 度及定位稳定性受限。为了提高精度，业内采用精密位移传感器对工作台进行闭环反馈控制， 目前应用较多的精密位移传感器是与工作台集成一体结构的电容位移传感器，但由于电容传 感器受电磁场、边缘效应及环境温度等变化影响较大，自身精度就难以保证，因此，仍造成 柔性铰链工作台的精度及定位稳定性受限。由于光纤位移传感器精度可达到亚纳米，且具有抗干扰性强、柔性大、空间布置形式较灵活等优点；因此若将光纤位移传感器应用在二维柔性铰链工作台上，必定可使二维柔性铰 链工作台的精度及稳定性显著提高，但目前在二维柔性铰链工作台上应用光纤位移传感器的 有关技术未见报道。
技术实现思路
本专利技术的g的是提供一种驱动精度高、定位稳定性好的光纤位移反馈闭环控制二维柔性 铰链工作台。本专利技术设有二维柔性铰链平台、横向压电陶瓷驱动器、纵向压电陶瓷驱动器、横向光纤位移传感器和纵向光纤位移传感器；二维柔性铰链平台上设有横向安装孔和纵向安装孔，以 及横向光纤安装道和纵向光纤安装道，横向压电陶瓷驱动器和纵向压电陶瓷驱动器分别设于 横向安装孔中和纵向安装孔中，横向光纤位移传感器设有横向光纤，纵向光纤位移传感器设 有纵向光纤，横向光纤和纵向光纤分别设于横向光纤安装道和纵向光纤安装道中，横向光纤 安装道及纵向光纤安装道均设有弯齿结构，横向光纤和纵向光纤的输出端外接检测闭环控制 装置。横向压电陶瓷驱动器设有压电陶瓷元件、导线和连接件，压电陶瓷元件设于连接件上， 导线一端与压电陶瓷元件连接，导线另一端外接检测闭环控制装置，连接件与横向安装孔连接，纵向压电陶瓷驱动器设有压电陶瓷元件、导线和连接件，压电陶瓷元件设于连接件上， 导线一端与压电陶瓷元件连接，导线另一端外接检测闭环控制装置，连接件与纵向安装孔连 接。横向压电陶瓷驱动器的连接件与横向安装孔的连接最好为螺纹连接。 纵向压电陶瓷驱动器的连接件与纵向安装孔的连接最好为螺纹连接。横向安装孔最好是设于二维柔性铰链平台侧面，且位于二维柔性铰链平台的横向中心线上。纵向安装孔最好是设于二维柔性铰链平台侧面，且位于二维柔性铰链平台的纵向中心线 上。 -横向光纤安装道的弯齿结构为齿形对合槽。 纵向光纤安装道的弯齿结构为齿形对合槽。本专利技术根据的技术原理是由于光纤具有一种特性，就是光纤中的纤芯的折射率比包层 的折射率稍大，这样光就被束缚在光纤里面传播。当光纤处于微弯曲状态时，原本一些可以 在直光纤里面传播的光会辐射到光纤之外，于是产生了光功率损耗。利用这种特性在二维柔 性铰链平台上设置弯齿结构，当压电陶瓷驱动器驱动工作台运动时，弯齿结构会挤压光纤， 使光纤发生微弯变形，因此，只要在光纤输出端检测出光强的变化，就可检测出调制量(即 位移量)，然后再将调制量反馈给控制系统进行控制，形成光纤位移反馈闭环控制系统。由于本专利技术采用具有位移精度高、抗干扰性强等优点的光纤位移传感器实现工作台的闭环控制，所以可提高工作台的驱动精度和长时间工作定位的稳定性。与现有的二维柔性铰链 平台相比较，本专利技术具有以下突出优点用光纤作为反馈传感器的敏感元件，具有抗干扰性 强、位移测量精度高的优点；光纤位移传感器与压电陶瓷驱动的二维柔性铰链工作台集成一 体，结构紧凑，使用时灵活性较大；光纤本身具有电绝缘性能好、不受电磁干扰、无火花、 能在易燃易爆的环境中使用等特点，而且灵敏度高、响应快、体积小。光纤位移传感器的测 量精度高，可达到亚纳米量级；把光纤位移传感器应用于由压电陶瓷驱动的二维柔性铰链平 台，可大大提高该机构的动态测试范围和灵敏度，驱动精度及定位稳定性得到提高。 附图说明图l为本专利技术实施例的结构示意图。 图2为图1的俯视图。 图3为图1的左视图。 图4为图1的A部放大图。具体实施例方式参见图1 3，本专利技术设有二维柔性铰链平台1 (由平台座12和移动平台11构成)、横向 压电陶瓷驱动器2、纵向压电陶瓷驱动器3、横向光纤位移传感器(图中未画出)和纵向光纤 位移传感器(图中未画出)。二维柔性铰链平台1上设有位于横向中心线上的横向安装孔111 及位于纵向中心线上的纵向安装孔112，以及横向光纤安装道13和纵向光纤安装道14。横向 光纤位移传感器设有本体和横向光纤，纵向光纤位移传感器设有本体和纵向光纤。横向光纤 和纵向光纤分别设于横向光纤安装道13及纵向光纤安装道14中，横向光纤安装道13和纵向 光纤安装道14设于平台座12和移动平台11之间。横向光纤安装道13和纵向光纤安装道14 分别设有弯齿结构132和142，横向光纤从横向光纤安装道13的入口 131输入，经弯齿结构 132从横向光纤安装道13的出口 132输出，横向光纤的输入端接光源，横向光纤的输出端接 横向光纤位移传感器的本体。纵向光纤从纵向光纤安装道14的入n 141输入，经弯齿结构 142从纵向光纤安装道14的出口 143输出，纵向光纤的输入端接光源，纵向光纤的输出端接 纵向光纤位移传感器的本体，横向光纤位移传感器和纵向光纤位移传感器外接检测闭环控制 装置(图中未画出)。 、横向压电陶瓷驱动器设有压电陶瓷元件21、连接件22和导线(图中未画出)，压电陶瓷 元件21设于连接件22上，导线一端与压电陶瓷元件21连接，导线另一端外接检测闭环控制 装置。连接件22与二维柔性铰链平台1的横向安装孔111螺纹连接。纵向压电陶瓷驱动器3设有压电陶瓷元件31、连接件32和导线(图中未画出)，压电陶 瓷元件31设于连接件32上，导线一端与压电陶瓷元件31连接，导线另一端外接检测闭环控 制装置。连接件32与一-维柔性铰链平台1的纵向安装孔112螺纹连接。横向光纤安装道的弯齿结构132为齿形对合槽。纵向光纤安装道的弯齿结构142为齿形对合槽。参见图4，横向光纤安装道的弯齿结构132设于平台座12与移动平台11之间(纵向光纤安 装道的弯齿结构142也设于平台座12与移动平台11之间)。所设的弯齿结构132为齿形对合槽， 光纤4穿过齿形对合槽132。单向箭头表示光纤4的光输入和光输出的方向。双向箭头表示二维 柔性铰链平台l产生的位移方向，当压电陶瓷驱动器驱动移动平台ll运动时，移动平台ll产生 的微小位移会使对合齿形槽挤压光纤，使光纤发生微弯变形，因此，只要在光纤输出端检测 出光强的变化，就可检测出调制量(即位移量)，然后再将调制量反馈给控制系统对移动平 台ll进行控制调节，使移动平台ll达到精确定位，就可有效提高二维柔性铰链工作台l的精度。 从而形成可靠的光纤位移反馈闭环控制系统。纵向光纤安装道的弯齿结构142也设于平台座12与移动平台11之间，弯齿结构142的结构 及工作原理与横向光纤安装道的弯齿结构132的结构及工作原理相同。图4中的单头箭头表示 光纤的光传递方向，双头箭头表示移动平台ll的位移方向。弯齿结构的齿距A的确定十分重要，下面给出齿距A的设计原则由丁光纤弯曲的周期不 同，弯曲损耗也不同，同时调制的灵敏度也不一样。光纤只有在最佳弯齿间距下会产生最大 的本文档来自技高网...

【技术保护点】
光纤位移反馈闭环控制二维柔性铰链工作台，其特征在于设有二维柔性铰链平台、横向压电陶瓷驱动器、纵向压电陶瓷驱动器、横向光纤位移传感器和纵向光纤位移传感器；二维柔性铰链平台上设有横向安装孔和纵向安装孔，以及横向光纤安装道和纵向光纤安装道，横向压电陶瓷驱动器和纵向压电陶瓷驱动器分别设于横向安装孔中和纵向安装孔中，横向光纤位移传感器设有横向光纤，纵向光纤位移传感器设有纵向光纤，横向光纤和纵向光纤分别设于横向光纤安装道和纵向光纤安装道中，横向光纤安装道及纵向光纤安装道均设有弯齿结构，横向光纤和纵向光纤的输出端外接检测闭环控制装置。

【技术特征摘要】
1.光纤位移反馈闭环控制二维柔性铰链工作台，其特征在于设有二维柔性铰链平台、横向压电陶瓷驱动器、纵向压电陶瓷驱动器、横向光纤位移传感器和纵向光纤位移传感器；二维柔性铰链平台上设有横向安装孔和纵向安装孔，以及横向光纤安装道和纵向光纤安装道，横向压电陶瓷驱动器和纵向压电陶瓷驱动器分别设于横向安装孔中和纵向安装孔中，横向光纤位移传感器设有横向光纤，纵向光纤位移传感器设有纵向光纤，横向光纤和纵向光纤分别设于横向光纤安装道和纵向光纤安装道中，横向光纤安装道及纵向光纤安装道均设有弯齿结构，横向光纤和纵向光纤的输出端外接检测闭环控制装置。2. 如权利要求l所述的光纤位移反馈闭环控制二维柔性铰链工作台，其特征在于横向压 电陶瓷驱动器设有压电陶瓷元件、导线和连接件，压电陶瓷元件设于连接件上，导线一端与 压电陶瓷元件连接，导线另一端外接检测闭环控制装置，连接件与横向安装孔连接，纵向压 电陶瓷驱动器设有压电陶瓷元件、导线和连接件，压电陶瓷元件设于连接件上，导线一端与 压电陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建寰，陈文，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]