一种闭环控制压电驱动在线监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种闭环控制压电驱动在线监测装置，压电驱动装置通过电压源提供的周期性的电压信号产生位移，以驱动样品台上的样品；位移测量装置用于测量样品台上样品的位移；力和位移控制装置用于控制压电驱动装置的位移量；力测量装置用于测量样品台上样品的机械力；单片机用于对位移测量装置采集的位移量和力测量装置采集的机械力进行模数转换；在线监测系统用于存储单片机发送的监测数据。本发明专利技术能够解决压电驱动装置位置控制精度问题，实现位置移动的闭环控制，实现在线监测压电驱动装置的位移，实现在线监测样品的机械力，实现远端客户端对数据实时监控，以便与其余精密机械协同工作。

A closed-loop piezoelectric driving on-line monitoring device

【技术实现步骤摘要】
一种闭环控制压电驱动在线监测装置
本专利技术涉及压电驱动
，尤其涉及一种闭环控制压电驱动在线监测装置。
技术介绍
随着精密仪器领域的迅速发展，对于精密位移驱动提出了更高的要求。纳米机器人，新型纳米材料的力学行为表征，精密定位装置等前沿领域都需要大量使用压电驱动装置。目前，压电驱动装置可分为谐振式和非谐振式。其中，谐振式压电驱动装置具有较大的驱动力，但位移分辨率较低，无法实现精确定位。非谐振式压电驱动装置可以实现较高的位移分辨率，但是驱动力较小。以上两者均是开环控制，在位移多次进给时，将会形成误差的累积，无法保证实际位移与理论值相符，难以应用在高精密位置控制领域。同时以上两种位移加载装置，均不含力测量装置，无法实时获得力-位移曲线。在工业化应用方面，压电驱动装置常常集成在大型精密机械内部。传统压电驱动装置获得数据均保存在本地，无法实现远距离在线上传，将会极大影响产品的集成性，难以与其余精密机械协同使用。因此，如何解决压电驱动装置位置控制精度问题，实现位置移动的闭环控制，如何实现在线监测压电驱动装置的位移，如何实现在线监测样品的机械力，如何实现远端客户端对数据实时监控，以便与其余精密机械协同工作，是一项亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种闭环控制压电驱动在线监测装置，能够解决压电驱动装置位置控制精度问题，实现位置移动的闭环控制，实现在线监测压电驱动装置的位移，实现在线监测样品的机械力，实现远端客户端对数据实时监控，以便与其余精密机械协同工作。本专利技术提供了一种闭环控制压电驱动在线监测装置，包括：电压源、压电驱动装置、样品台、位移测量装置、力和位移控制装置、力测量装置、单片机和在线监测系统；其中：所述压电驱动装置与所述电压源相连，通过所述电压源提供的周期性的电压信号产生位移，以驱动与所述压电驱动装置相连的样品台上的样品；所述位移测量装置与所述样品台相连，用于测量所述样品台上样品的位移；所述力和位移控制装置分别与所述单片机和所述电压源相连，用于控制所述压电驱动装置的位移量；所述力测量装置与所述样品台相连，用于测量所述样品台上样品的机械力；所述单片机与所述位移测量装置和所述力测量装置相连，用于对所述位移测量装置采集的位移量和所述力测量装置采集的机械力进行模数转换；所述在线监测系统与所述单片机相连，用于存储所述单片机发送的监测数据。优选地，所述压电驱动装置包括：基板、第一驱动台、第二驱动台、压电陶瓷、滚珠、螺母、弹簧、螺栓和垫圈；其中：所述基板上设有三个与所述滚珠直径相等的圆柱形通孔；所述基板设置在所述第一驱动台和所述第二驱动台之间，所述第一驱动台和所述第二驱动台上设置有螺纹孔，还对称设置有两个细长凹槽并与所述滚珠形成配合关系；所述第一驱动台和所述第二驱动台通过所述螺母、弹簧、螺栓以及垫圈固定在一起。优选地，所述位移测量装置包括：激光器、第一透镜、第二透镜、光阑、第一反射镜、分束器、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和相位板；其中：所述激光器发出红光，通过所述第一透镜、第二透镜和光阑形成一个扩束系统；光束在经过第一反射镜后，通过所述分束器分为两束，一束反射至所述第二反射镜和所述第三反射镜作为参考光束，另外一束反射至所述压电驱动装置运动端的第四反射镜，作为测量光束；所述第四反射镜与所述压电驱动装置的运动端固定，使得第四反射镜能够与所述压电驱动装置同时移动；参考光束与测量光束再次经过所述分束器，形成两路干涉信号，分别由光电探测器接收，其中一路干涉信号经过相位板，增加一个π/2的相位，可逆计数器通过这组信号的关系，进行干涉条纹变化的周期数的计算。优选地，所述力测量装置包括：力测量电桥电路、移相系统、差动放大电路、相敏检波器、低通滤波器和F/V表；其中：将所述力测量电桥电路得到的输出电压通过所述移相系统改变相位使其稳定后再通过所述差动放大电路提高传感器线性度同时抑制其共模信号带来的干扰；将信号通入所述相敏检波器和低通滤波器，在参考信号对其相位和频率进行鉴别后将对输入信号进行调制和选频处理；经过调制和选频处理过的信号由所述F/V表转换输出电压值。优选地，所述在线监测系统包括：电子计算机和数据库。综上所述，本专利技术公开了一种闭环控制压电驱动在线监测装置，包括：电压源、压电驱动装置、样品台、位移测量装置、力和位移控制装置、力测量装置、单片机和在线监测系统；其中：压电驱动装置与电压源相连，通过电压源提供的周期性的电压信号产生位移，以驱动与压电驱动装置相连的样品台上的样品；位移测量装置与样品台相连，用于测量样品台上样品的位移；力和位移控制装置分别与单片机和电压源相连，用于控制压电驱动装置的位移量；力测量装置与样品台相连，用于测量样品台上样品的机械力；单片机与位移测量装置和力测量装置相连，用于对位移测量装置采集的位移量和力测量装置采集的机械力进行模数转换；在线监测系统与单片机相连，用于存储单片机发送的监测数据。本专利技术能够解决压电驱动装置位置控制精度问题，实现位置移动的闭环控制，实现在线监测压电驱动装置的位移，实现在线监测样品的机械力，实现远端客户端对数据实时监控，以便与其余精密机械协同工作。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术公开的一种闭环控制压电驱动在线监测装置的结构示意图；图2为本专利技术公开的压电驱动装置的爆炸图；图3为本专利技术公开的压电驱动装置的外形图；图4为本专利技术公开的压电陶瓷输出位移-驱动电压曲线图；图5为本专利技术公开的电压源电压-时间曲线图；图6为本专利技术公开的位移测量装置示意图；图7为本专利技术公开的光电探测器探测光强-驱动电压曲线图；图8为本专利技术公开的力测量电桥电路示意图；图9为本专利技术公开的力传感器探测力-电压曲线图；图10为本专利技术公开的力与位移反馈系统示意图；图11为本专利技术公开的力与位移测量装置示意图；图12为本专利技术公开的在线监测系统示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，为本专利技术公开的一种闭环控制压电驱动在线监测装置，所述装置可以包括：电压源、压电驱动装置、样品台、位移测量装置、力和位移控制装置、力测量装置、单片机和在线监测系统；其中：压电驱动装置与电压源相连，通过电压源提供的周期性的电压信号产生位移，以驱动与压电驱动装置相连的样品台上的样品；具体的，由于压电驱动装置中压电陶瓷本身的最大位移较小，只有几十个微米，故压电驱动装置通过给压电陶瓷施加周期性的电压信号，则压电陶瓷向前移动挤压梁，同时使梁产生形变，则基板和滚珠产生摩擦力，推动外侧的驱动台向前运动。在式(1)中，对于长距离的位移要求L，只需依据步长d计算所需的电压加载次数n即可。L＝n*d(1)位移测量装置与样品台相连，用于测量样品台上样品的位移；具体的，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种闭环控制压电驱动在线监测装置，其特征在于，包括：电压源、压电驱动装置、样品台、位移测量装置、力和位移控制装置、力测量装置、单片机和在线监测系统；其中：所述压电驱动装置与所述电压源相连，通过所述电压源提供的周期性的电压信号产生位移，以驱动与所述压电驱动装置相连的样品台上的样品；所述位移测量装置与所述样品台相连，用于测量所述样品台上样品的位移；所述力和位移控制装置分别与所述单片机和所述电压源相连，用于控制所述压电驱动装置的位移量；所述力测量装置与所述样品台相连，用于测量所述样品台上样品的机械力；所述单片机与所述位移测量装置和所述力测量装置相连，用于对所述位移测量装置采集的位移量和所述力测量装置采集的机械力进行模数转换；所述在线监测系统与所述单片机相连，用于存储所述单片机发送的监测数据。

【技术特征摘要】
1.一种闭环控制压电驱动在线监测装置，其特征在于，包括：电压源、压电驱动装置、样品台、位移测量装置、力和位移控制装置、力测量装置、单片机和在线监测系统；其中：所述压电驱动装置与所述电压源相连，通过所述电压源提供的周期性的电压信号产生位移，以驱动与所述压电驱动装置相连的样品台上的样品；所述位移测量装置与所述样品台相连，用于测量所述样品台上样品的位移；所述力和位移控制装置分别与所述单片机和所述电压源相连，用于控制所述压电驱动装置的位移量；所述力测量装置与所述样品台相连，用于测量所述样品台上样品的机械力；所述单片机与所述位移测量装置和所述力测量装置相连，用于对所述位移测量装置采集的位移量和所述力测量装置采集的机械力进行模数转换；所述在线监测系统与所述单片机相连，用于存储所述单片机发送的监测数据。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电驱动装置包括：基板、第一驱动台、第二驱动台、压电陶瓷、滚珠、螺母、弹簧、螺栓和垫圈；其中：所述基板上设有三个与所述滚珠直径相等的圆柱形通孔；所述基板设置在所述第一驱动台和所述第二驱动台之间，所述第一驱动台和所述第二驱动台上设置有螺纹孔，还对称设置有两个细长凹槽并与所述滚珠形成配合关系；所述第一驱动台和所述第二驱动台通过所述螺母、弹簧、螺栓以及垫圈固定在一起。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述位移...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵旸，杨晓晨，王涛，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34