一种微型光热驱动的控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微型光热驱动的控制方法及装置。采用激光束照射金属或聚乙烯材料的浅表面产生热区温度分布，使金属或聚乙烯材料产生伸缩，控制激光参数，直接实现对光热驱动机构的驱动。它具有激光控制器，激光束与微型驱动机构的对准定位装置以及光热驱动机构的静态和动态监控装置。本发明专利技术的优点是提出一种直接用激光实现机构驱动的新方法，驱动源与驱动机构相互独立，不需导线连接，易于微驱动机构的微小化和集成，调节激光控制器，可输出不同占空比、不同频率、不同功率的激光，从而无线控制驱动器产生不同频率的振动和输出不同大小的驱动力或偏转量，整个过程可通过显微监控系统实时在线观察研究，在方法和技术上均是对微型驱动技术的拓展。

Method and device for controlling micro photothermal drive

The invention discloses a micro photothermal driving control method and device. A laser beam is used to irradiate the shallow surface of metal or polyethylene material to produce a hot zone temperature distribution, so that the metal or polyethylene material can be expanded and the laser parameters are controlled, and the driving mechanism of the photothermal driving device is directly realized. The utility model has a laser controller, an alignment and positioning device for a laser beam and a micro drive mechanism, and a static and dynamic monitoring device of a photothermal driving mechanism. The advantages of the invention is to propose a new method for direct drive laser mechanism, driving source and driving mechanism is independent of each other, without wires, easy micro driving mechanism of miniaturization and integration, adjusting the laser controller can output different duty ratio, different frequency, laser with power, driving force or the amount of deflection to the wireless control drive vibration and output of different sizes of different frequencies, the whole process through the research of real-time online monitoring system in microscopic observation, the methods and techniques are to expand the micro drive technology.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微型驱动机构的微纳米控制方法及装置，更特殊地，涉及 一种微型光热驱动的控制方法及装置，用于微纳米
的驱动控制。技术背景近年来，科学技术发展的一个重要趋势是朝快速度、大容量和微型化方向飞速迈进，其中尤以微电子技术、微光学技术、微纳米技术和MEMS技术等的 发展为主要代表。在许多特殊领域，如MEMS系统及其他微小型系统中，需要 采用特种性能的驱动器作为动力源和运动源，如在光学与精密机械系统中用于 元器件的精确驱动和定位的驱动机构，要求速度高、响应快、尽可能小型化； 在智能机器人、航天器、空间卫星(特别是近年来发展的纳米卫星)上采用的 电机和驱动机构，既要求力矩大、效率高，又要求重量轻、体积小、寿命长； 在微纳米
，除了力矩大、响应快和小型化等要求外，还需要驱动机构 有十分微小的步距或转角。国内外现有的微小型电机技术主要有电磁感应电机、 静电马达、超声波电机、表面声波马达等，均有各自的优缺点。电磁感应电机 力矩大、速度快，但线圈损耗大、不易小型化；静电马达直接利用静电力驱动 转子，主体可小型化，但需要有导线与控制系统连接。超声波电机是近年发展 起来的新型特种马达，之后国内外又开展了表面声波马达的研究。现有微小型 驱动机构包括电磁驱动机构、静电驱动机构、压电陶瓷驱动机构、电热驱动机 构等，其中压电陶瓷驱动机构利用压电陶瓷在电压控制下的伸縮实现机构的驱 动，电热驱动机构则利用流过的电流产生的热量使机构产生膨胀伸縮，从而实 现驱动。应该指出，上述驱动机构的主体尺寸虽然可以较小，但都需要通过导 线与外部的低压乃至高压控制源相连，总体结构不易微小化，且缺乏独立性； 同时，导线连接也制约了它们的应用范畴，例如，由于控制电源和导线连接的 存在使之很难工作于独立环境中，不能将驱动机构整体集成于微系统中，也无 法实现较远距离或细小管道内等特殊环境下的操控。因此，不断探索新的驱动源及驱动技术，发展综合性能好、易于微小化的 驱动机构， 一直具有其必要性和重要性。本专利技术提出一种采用激光作为驱动源 的光热驱动新方法，研究开发微小尺度的新型光热驱动机构，以期发展步距小、 速度高(相对于微纳米尺度)、易于微小化、可实现无导线控制的微小型光热驱 动机构及系统。
技术实现思路
本专利技术涉及的目的是提供一种微型光热驱动的控制方法及装置。 微型光热驱动的控制方法是在激光束照射下，金属或聚乙烯材料的浅表面 产生热区温度分布，使金属或聚乙烯材料产生伸縮，热区温度分布随金属或聚 乙烯材料、形状、尺寸、激光参数因素变化而变化，控制激光输出大小，用微 纳米尺度光热效应产生的热膨胀，直接实现对光热驱动机构的驱动。微型光热驱动的控制装置它具有激光控制器，激光束与微型驱动机构的对 准定位装置以及光热驱动机构的静态和动态监控装置，激光束与微型驱动机构 的对准定位装置具有基座，在基座一侧上设有基座凹槽，基座凹槽内设有照明 汞灯，基座凹槽上设有毛玻璃，在基座的毛玻璃上依次连接有控制导线、激光 器、激光二维调节基座、二维调节旋钮组、聚焦透镜、半透半反棱镜、棱镜固 定座、固定块，棱镜固定座上方设有有机玻璃，有机玻璃固定在激光二维调节 基座和固定块上，在基座另一侧上依次设有固定块、导杆，在导杆上设有调节 滑动块、调节手轮，调节滑动块上设有托架、三角支架，托架上依次连接有显微物镜、接筒、目镜、CCD 、视频线和图像采集卡、计算机。所述的激光控制器的内部模块连接关系为振荡电路分别与直流电源、上 升沿调节电路、下降沿调节电路、放大电路相连接，放大电路分别与功率调节 电路相连接，稳压电路分别与直流电源、放大电路相连接。本专利技术是采用激光作为驱动源，驱动源与驱动机构相互独立，不需导线连 接，易于微驱动机构的微小化和集成，调节激光器控制回路，可输出不同占空 比、不同频率、不同功率的激光，从而无线控制驱动器产生不同频率的振动和 输出不同大小的驱动力或偏转量。整个过程可以通过显微监控系统进行实时的 在线观察和研究。可望在众多科技与工业领域得到广泛应用。 附图说明图1 (a)是单光热膨胀臂结构示意图； 图l (b)是双单光热膨胀臂结构示意图； 图l (c)是对称型光热微驱动器结构示意图； 图1 (d)是双刀型光热微驱动器结构示意图； 图l (e)是非对称型光热微驱动器结构示意图； 图l (f)是非对称稳定型光热微驱动器结构示意图； 图2是微型光热驱动的控制装置的结构示意图； 图3是本专利技术的激光控制器的电路方框示意图；图4 (a)是本专利技术的光路图；图4 (b)是光热驱动机构的静态和动态监控装置方框示意图；图中激光控制器l、激光束与微型驱动机构的对准定位装置2、光热驱动机构的静态和动态监控装置3、控制导线4、激光器5、激光二维调节基座6、 二维调节旋钮组7、聚焦透镜8、半透半反棱镜9、棱镜固定座10、有机玻璃11、 微型光热微膨胀驱动机构12、毛玻璃13、照明汞灯14、固定块15、显微物镜 16、托架17、接筒18、目镜19、三角支架20、调节滑动块21、调节手轮22、 导杆23、固定块24、基座25、 CCD 26、视频线和图像采集卡27、计算机28。具体实施方式微型光热驱动的控制方法是在激光束照射下，金属或聚乙烯材料的浅表面 产生热区温度分布，使金属或聚乙烯材料产生伸縮，热区温度分布随金属或聚 乙烯材料、形状、尺寸、激光参数因素变化而变化，控制激光输出参数，利用 微纳米尺度光热效应产生的热膨胀，直接实现对光热驱动机构的驱动。如图1所示，几种基本的利用本方法实现光热微驱动的微型光热驱动机构 实例，利用这一方法，可以研究开发出各种不同尺寸、不同形式的微型光热驱 动机构，包括微型光热驱动器、光热驱动微动台、光热驱动行走机构、光热驱 动微开关等。这类驱动机构的显著特点是直接由激光驱动、步距小、无需导线 连接、易于微小化，并可实现较远距的独立控制。对智能机器人、精密机械与 精密仪器、微光学、微型机械电子系统(MEMS)、微纳米技术及航空航天技术 等重要领域具有广泛的实用价值，产生显著的经济效益和社会效益。如图2所示，微型光热驱动的控制装置具有激光控制器l，激光束与微型驱 动机构的对准定位装置2以及光热驱动机构的静态和动态监控装置3，激光束与 微型驱动机构的对准定位装置2具有基座25，在基座25 —侧上设有基座凹槽， 基座凹槽内设有照明汞灯14，基座凹槽上设有毛玻璃13，在基座的毛玻璃13 上依次连接有控制导线4、激光器5、激光二维调节基座6、 二维调节旋钮组7、 聚焦透镜8、半透半反棱镜9、棱镜固定座IO、固定块15,棱镜固定座10上方 设有有机玻璃11，有机玻璃11固定在激光二维调节基座6和固定块15上，在 基座25另一侧上依次设有固定块24、导杆23，在导杆23上设有调节滑动块21、 调节手轮22，调节滑动块21上设有托架17、三角支架20，托架17上依次连接 有显微物镜16、接筒18、目镜19、 CCD 26、视频线和图像采集卡27、计算机 28。如图3所示，激光控制器l的内部模块连接关系为振荡电路分别与直流电源、上升沿调节电路、下降沿调节电路、放大电路相连接，放大电路分别与 功率调节电路相连接，稳压电路分别与直流电源、放大电路相连接。激光控制器电路系统由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型光热驱动的控制方法，其特征在于在激光束照射下，金属或聚乙烯材料的浅表面产生热区温度分布，使金属或聚乙烯材料产生伸缩，热区温度分布随金属或聚乙烯材料、形状、尺寸、激光参数因素变化而变化，控制激光输出大小，用微纳米尺度光热效应产生的热膨胀，直接实现对光热驱动机构的驱动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，章海军，张冬仙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]