连续纳米精度位移微动量驱动方法技术

一种连续纳米往复位移微动量驱动方法属于纳米技术领域。本发明专利技术具体如下：动量接受器连续接受动量驱动杆其产生的定向冲量；把驱动杆上的微小动量通过与运动杆一体的动量接受杆传递给运动杆获得初速度；控制摩擦力，运动杆相对静止；确定运动杆和驱动杆分体的结构；必须在一个脉冲作用后，第二脉冲作用前，驱动杆跟进到与运动杆一体的动量接受杆初始的相对位置；采用以运动杆两端为对称的驱动方法。本发明专利技术的应用不受空间方向限制，驱动运动杆产生纳米位移，不存在运动杆回复的因素，控制运动杆的自由随机滑动，不存在横向振动。本发明专利技术在纳米加工、光通信、航海、航天、天文、光学等涉及精密定位的领域有广泛应用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种连续纳米精度位移驱动方法，特别是一种，属于纳米

技术介绍
纳米技术依赖于纳米精度驱动、定位、位移测量及相关加工技术与设备。实现连续的纳米位移是纳米加工、操纵、测量等领域的关键技术。纳米位移驱动器在纳米加工、光通信、航海、航天、天文、光学等广泛的领域具有重要应用。采用传统的步进马达原理和技术，要实现无振动及重复精度的纳米运动是不可能的。经对现有技术的文献检索发现，2001年美国专利号为US61948811，名称为Drive apparatus(驱动器)，该专利介绍了一种新的纳米运动驱动机制，通过把重力势能逐步释放转化为位移驱动。其工作原理是这样的运动杆和轴心座存在摩擦力F，当F大于重力W时，运动杆是静止的，不发生运动。当压电晶体施加一脉冲电压，压电晶体在脉冲电压驱动下产生的膨胀力和重力共同作用，运动杆发生运动。当脉冲电压处于零电平时，压电晶体发生回复，运动杆发生回复，这时回复的方向与重力方向相反，回复位移要比前进位移小。夹紧装置使压电晶体发生回复时，运动杆不发生回复，从而在连续脉冲电压作用下，运动杆产生连续的微小步进运动，当脉冲宽度足够小，这一微小步进具有纳米精度。但由于夹紧装置很难与压电晶体发生回复完全同步，使得运动杆的运动过程是一带有锯齿振动的位移运动。该专利技术在纳米运动机制上比以往以尺蠕为基本原理的驱动机制上有了突破，但其所工作原理是采用通过力的传递来实现位移驱动。由于按现有技术，产生微小可以控制的力，只能采用压电晶体在脉冲电压驱动下产生的膨胀力。这样，采用压电晶体与运动杆连接的力的传递方法驱动运动杆发生运动，就存在当脉冲电压处于零电平时，压电晶体发生回复的问题。同时，该专利技术没有摆脱尺蠕结构中的夹紧机构。因此导致存在如下缺陷1、直接用势能释放驱动运动杆产生连续纳米位移，由于压电晶体在脉冲电压驱动下产生膨胀，当脉冲电压处于零电平时，压电晶体发生回复，使得运动杆的运动过程是一带有锯齿振动的位移运动，即工作状态不平稳；2、采用压电晶体驱动的夹子来控制运动杆的自由随机滑动，加工精度要求高，容易由于夹子力和相位不对称产生的横向振动，这种横向振动对纳米精度的位移驱动器是致命。同时，由于采用重力作为势能源，使得驱动器件不能发生倾斜，只能用于水平工作状态，所采用的结构和驱动机制无法实现往复运动。
技术实现思路
和具体实施例方式本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，尤其是针对由于采用力的传递，而导致不可避免的压电晶体当脉冲电压处于零电平时的回复力，本专利技术提出一种，通过以下的技术方案实现的该方法具体如下1、动量接受器连续接受动量驱动杆所产生的定向冲量当压电晶体上施加脉冲电压，压电晶体发生瞬间膨胀，压电晶体前端的驱动杆与压电晶体后端的质量块，分别产生大小相等方向相反的力，确定质量块的质量大于驱动杆的质量，动量驱动杆即产生定向冲量。2、把驱动杆上的微小动量通过与运动杆一体的动量接受杆传递给运动杆，根据动量守恒，通过弹性碰撞，运动杆获得一定初速度；3、控制在运动杆上施加恒定的摩擦力，使运动杆不能自由滑动，相对静止当运动杆获得驱动杆传递的微小动量，产生一定初速度，由于摩擦力的作用，运动杆运动一微小位移后就停止。通过精确控制施加在压电晶体上的脉冲电压的宽度和幅度，使运动杆向前微小位移步进具有纳米精度。在连续脉冲电压作用下，使动量驱动杆连续把微动量传递给了运动杆，运动杆就产生连续的纳米位移步进运动。4、确定运动杆和驱动杆分体的结构，运动杆和驱动杆相互是断开不连接的由于运动杆和驱动杆相互是不连接的，因此当脉冲电压处于零电平时，压电晶体发生回复，运动杆不发生回复。5、为了产生连续的纳米步进位移运动，必须在一个脉冲作用后，第二脉冲作用前，使驱动杆跟进到与运动杆一体的动量接受杆初始的相对位置采用弹簧结构来实现，通过弹簧的压缩弹性势能的释放，来实现在连续电压脉冲作用下，压电晶体不断使驱动杆具有动量，这一动量不断传递给了运动杆，使运动杆克服摩擦力产生微小位移，弹簧的弹性势能不断释放，使每个电压脉冲周期后，运动杆与驱动杆的相对位置复原，从而使运动杆受到驱动杆连续递给的动量脉冲，产生连续的纳米步进位移运动。6、采用以运动杆两端为对称的驱动方法，实现双向平稳的往复位移当运动杆一侧的压电晶体工作时，与压电晶体相连接的驱动杆把动量传递给运动杆，使运动杆向一个方向运动，而当运动杆另一侧的压电晶体工作时，与压电晶体相连接的驱动杆把动量传递给运动杆，使运动杆向相反方向运动。动力学分析证明，当压电晶体的膨胀力，作用在运动杆上的摩擦力和弹簧的弹性满足一定条件，这种往复运动是可以实现的。本专利技术具有实质性特点和显著进步，本专利技术采用把弹性势能逐步释放，应用不受空间方向限制，可在三维空间任意转动；采用首先把微势能转化为微动量，再用微动量驱动运动杆产生纳米位移；由于动量具有方向性，不存在运动杆回复的因素；采用可控的均匀摩擦力，控制运动杆的自由随机滑动，不存在横向振动，而且纵向振动只要向前半周期。本专利技术的方法可应用各种尺寸，形状的纳米位移驱动器，在纳米加工、光通信、航海、航天、天文、光学等涉及精密定位的领域有广泛应用。权利要求1.一种连续纳米往复位移微动量驱动方法，其特征在于具体如下(1)动量接受器连续接受动量驱动杆所产生的定向冲量；(2)把驱动杆上的微小动量通过与运动杆一体的动量接受杆传递给运动杆，通过弹性碰撞，运动杆获得初速度；(3)控制在运动杆上施加恒定的摩擦力，运动杆相对静止；(4)确定运动杆和驱动杆分体的结构，运动杆和驱动杆相互是断开的；(5)必须在一个脉冲作用后，第二脉冲作用前，使驱动杆为了产生连续的纳米步进位移运动，跟进到与运动杆一体的动量接受杆初始的相对位置；(6)采用以运动杆两端为对称的驱动方法，实现双向平稳的往复位移。2.根据权利要求1所述的这种连续纳米往复位移微动量驱动方法，其特征是所述的动量接受器连续接受动量驱动杆其产生的定向冲量是指当压电晶体上施加脉冲电压，压电晶体发生瞬间膨胀，压电晶体前端的驱动杆与压电晶体后端的质量块，分别产生大小相等方向相反的力，确定质量块的质量大于驱动杆的质量，动量驱动杆即产生定向冲量。3.根据权利要求1所述的这种连续纳米往复位移微动量驱动方法，其特征是所述的控制在运动杆上施加恒定的摩擦力，相对静止是指当运动杆获得驱动杆传递的微小动量，产生一定初速度，由于摩擦力的作用，运动杆运动一微小位移后就停止。4.根据权利要求1或3所述的这种连续纳米往复位移微动量驱动方法，其特征是通过精确控制施加在压电晶体上的脉冲电压的宽度和幅度，运动杆向前微小位移步进具有纳米精度。5.根据权利要求4所述的这种连续纳米往复位移微动量驱动方法，其特征是所述的在连续脉冲电压作用下，动量驱动杆连续把微动量传递给了运动杆，运动杆就产生连续的纳米位移步进运动。6.根据权利要求1所述的这种连续纳米往复位移微动量驱动方法，其特征是所述的必须在一个脉冲作用后，第二脉冲作用前，使驱动杆为了产生连续的纳米步进位移运动，跟进到与运动杆一体的动量接受杆初始的相对位置是指采用弹用弹簧结构来实现，通过弹簧的压缩弹性势能的释放，来实现在连续电压脉冲作用下，压电晶体连续使驱动杆具有动量，这一动量连续传递给了运动杆，运动杆克服摩擦力产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续纳米往复位移微动量驱动方法，其特征在于具体如下：（１）动量接受器连续接受动量驱动杆所产生的定向冲量；（２）把驱动杆上的微小动量通过与运动杆一体的动量接受杆传递给运动杆，通过弹性碰撞，运动杆获得初速度；（３）控制在运动杆上 施加恒定的摩擦力，运动杆相对静止；（４）确定运动杆和驱动杆分体的结构，运动杆和驱动杆相互是断开的；（５）必须在一个脉冲作用后，第二脉冲作用前，使驱动杆为了产生连续的纳米步进位移运动，跟进到与运动杆一体的动量接受杆初始的相对位置； （６）采用以运动杆两端为对称的驱动方法，实现双向平稳的往复位移。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆康，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]