一种大径向位移制造技术

一种大径向位移

【技术实现步骤摘要】
一种大径向位移、高带宽的压电光纤拉伸器


[0001]本专利技术涉及压电材料作动器
，具体涉及一种大径向位移
、
高带宽的压电光纤拉伸器
。

技术介绍

[0002]微位移的作动是科学仪器
、
航天器精确指向
、
材料工程
、
高精度机加工等领域的核心技术
。
目前多由压电材料执行核心作动任务，其中在拉伸光纤
、
改变光纤腔长等方面发挥着重要的作用，然而压电材料配合机构共同拉伸光纤时，多面临驱动位移不足
、
工作带宽较低等问题，容易受到环境噪声的影响；同时压电陶瓷属于脆性材料，容易发生断裂，压电叠堆在冲击载荷作用下极易发生断裂，整体作动器失效
。

技术实现思路

[0003]为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种大径向位移
、
高带宽的压电光纤拉伸器，为解决驱动位移不足
、
工作带宽较低
、
陶瓷易断裂等难点提供了有效的解决方案
。
[0004]为达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种大径向位移
、
高带宽的压电光纤拉伸器，该拉伸器包括拉伸圆环1，位于拉伸圆环内部具有位移放大功能的菱形环1‑3，过盈配合安装在菱形环1‑3内的压电堆2，压电堆2高度方向与菱形环1‑3长轴方向平行；拉伸圆环1包括安装孔1‑
1、
安装孔1‑1周围的刚性部件1‑
2、
柔性铰链1‑
4、
带有光纤缠绕槽1‑5的圆环形结构1‑6；菱形环1‑3短轴方向靠近拉伸圆环1圆心的一端与刚性部件1‑2连接；菱形环1‑3短轴方向远离拉伸圆环1圆心的一端与圆环形结构1‑6连接；刚性部件1‑2和圆环形结构1‑6通过柔性铰链1‑4连接；光纤缠绕在光纤缠绕槽1‑5中；当需要拉伸光纤时，对压电堆2施加正电压，压电堆2伸长，菱形环1‑3推动圆环形结构1‑6产生变形，拉伸光纤，改变光纤的腔长；所述压电堆2具有施加电压会产生沿高度方向位移的特点，通过电压控制压电堆2伸长以达到高精度控制压电光纤拉伸器拉伸光纤的效果
。
本专利技术压电光纤拉伸器具有大径向位移
、
高工作带宽等特点
[0006]所述菱形环1‑3具有位移放大的功能，在压电光纤拉伸器工作时，菱形环1‑3短轴方向的位移变化大于压电堆2的位移变化；压电堆2伸长时，菱形环1‑3短轴中心距离拉伸圆环1圆心的距离变大，圆环形结构1‑6向远离圆心的方向运动，提高了压电光纤拉伸器的径向位移
。
[0007]所述柔性铰链1‑4在菱形环1‑3长轴方向和厚度方向上的刚度远大于柔性铰链1‑4在菱形环1‑3短轴方向上的刚度，有助于提高压电光纤拉伸器沿压电光纤拉伸器厚度方向的弯曲模态频率
、
沿压电光纤拉伸器圆心的扭转模态频率，提高压电光纤拉伸器的工作带宽
。
[0008]所述柔性铰链1‑4采用多级布置的方式，在保证柔性铰链1‑4在菱形环1‑3短轴方向上的整体刚度不变的前提下，通过增加多级柔性铰链的方法，能够提高压电光纤拉伸器
的扭转刚度，有助于提高压电光纤拉伸器沿压电光纤拉伸器圆心的扭转模态频率，提高压电光纤拉伸器的工作带宽
。
[0009]所述菱形环1‑3短轴方向靠近拉伸圆环1圆心的一端与刚性部件1‑2连接，相比于菱形环1‑3长轴方向靠近拉伸圆环1圆心的一端与刚性部件1‑2连接的装配方法，在相同沿拉伸圆环1厚度方向的冲击载荷时，压电堆2的应力水平更小
。
[0010]所述固定安装孔1‑
1、
菱形环1‑
3、
柔性铰链1‑
4、
压电堆2不限制数量
。
[0011]所述圆环形结构1‑6由多个扇形圆环形结构组成，扇形圆环形结构间具有间隙，间隙的存在能够使扇形圆环形结构随着加载电压的变化往复运动
。
[0012]所述圆环形结构1‑6通过中部增加孔洞1‑7和肋的方式减小质量
、
增强刚度，有助于提升压电光纤拉伸器的模态频率，提高光纤拉伸器的工作带宽
。
[0013]所述菱形环1‑3的放大倍数为
1.5
～
2.5
倍
。
[0014]本专利技术和现有技术相比，具有如下优点：
[0015]1)
相对于传统的单独压电堆用于拉伸光纤的方法，由于增加了圆环形结构1‑6和菱形环1‑3，因此，本专利技术具有光纤拉伸位移大
、
冲击载荷下压电堆陶瓷应力水平小的特点
。
[0016]2)
相对于传统的压电堆配合机构实现拉伸光纤的方法，由于设计了具有位移放大功能的菱形环，具有大的径向位移的特点；同时通过分级柔性铰链1‑
4、
孔洞1‑7和肋的方式增加特定方向刚度
、
减小质量的方式提升压电光纤拉伸器的的模态频率，提高压电光纤拉伸器的工作带宽，因此，本专利技术压电光纤拉伸器具有大径向位移
、
高工作带宽的特点
。
附图说明
[0017]图1为本专利技术压电光纤拉伸器的结构图
。
[0018]图2为本专利技术压电光纤拉伸器的局部图
。
具体实施方式
[0019]以下结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述
。
[0020]如图1所示，本专利技术一种大径向位移
、
高带宽的压电光纤拉伸器，该拉伸器包括拉伸圆环1，位于拉伸圆环内部的压电堆2和具有位移放大功能的菱形环1‑3，；拉伸圆环1包括安装孔1‑
1、
安装孔1‑1周围的刚性部件1‑
2、
具有位移放大功能的菱形环1‑
3、
柔性铰链1‑
4、
带有光纤缠绕槽1‑5的圆环形结构1‑6；菱形环1‑3短轴方向靠近拉伸圆环1圆心的一端与刚性部件1‑2连接；菱形环1‑3短轴方向远离拉伸圆环1圆心的一端与圆环形结构1‑6连接；刚性部件1‑2和圆环形结构1‑6通过柔性铰链1‑4连接；压电堆2安装在菱形环1‑3内，与菱形环1‑3的配合方式为过盈配合，压电堆2高度方向与菱形环1‑3长轴方向平行；光纤缠绕在光纤缠绕槽1‑5中；当需要拉伸光纤时，对压电堆2施加正电压，压电堆2伸长，菱形环1‑3推动圆环形结构1‑6产生变形，拉伸光纤，改变光纤的腔长；所述压电堆2具有施加电压会产生沿高度方向位移的特点，通过电压控制压电堆2伸长以达到高精度控制压电光纤拉伸器拉伸光纤的效果
。
[0021]作为本专利技术的优选实施方式，所述菱形环1‑3具有位移放大的功能，放大倍数为
1.5
～
2.5
倍，在压电光纤拉伸器工作时，菱形环1‑3短轴方向的位移变化是压电堆2的位移变化的
1.5
～
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种大径向位移
、
高带宽的压电光纤拉伸器，其特征在于：该拉伸器包括拉伸圆环
(1)
，位于拉伸圆环内部具有位移放大功能的菱形环
(1
‑
3)
，过盈配合安装在菱形环
(1
‑
3)
内的压电堆
(2)
，压电堆
(2)
高度方向与菱形环
(1
‑
3)
长轴方向平行；拉伸圆环
(1)
包括安装孔
(1
‑
1)、
安装孔
(1
‑
1)
周围的刚性部件
(1
‑
2)、
柔性铰链
(1
‑
4)、
带有光纤缠绕槽
(1
‑
5)
的圆环形结构
(1
‑
6)
；菱形环
(1
‑
3)
短轴方向靠近拉伸圆环
(1)
圆心的一端与刚性部件
(1
‑
2)
连接；菱形环
(1
‑
3)
短轴方向远离拉伸圆环
(1)
圆心的一端与圆环形结构
(1
‑
6)
连接；刚性部件
(1
‑
2)
和圆环形结构
(1
‑
6)
通过柔性铰链
(1
‑
4)
连接；光纤缠绕在光纤缠绕槽
(1
‑
5)
中；当需要拉伸光纤时，对压电堆
(2)
施加正电压，压电堆
(2)
伸长，菱形环
(1
‑
3)
推动圆环形结构
(1
‑
6)
产生变形，拉伸光纤，改变光纤的腔长；所述压电堆
(2)
具有施加电压会产生沿高度方向位移的特点，通过电压控制压电堆
(2)
伸长以达到高精度控制压电光纤拉伸器拉伸光纤的效果
。2.
根据权利要求1所述的一种大径向位移
、
高带宽的压电光纤拉伸器，其特征在于：所述菱形环
(1
‑
3)
具有位移放大的功能，在压电光纤拉伸器工作时，菱形环
(1
‑
3)
短轴方向的位移变化大于压电堆
(2)
的位移变化；压电堆
(2)
伸长时，菱形环
(1
‑
3)
短轴中心距离拉伸圆环
(1)
圆心的距离变大，圆环形结构
(1
‑
6)
向远离圆心的方向运动，提高了压电光纤拉伸器的径向位移
。3.
根据权利要求1所述的一种大径向位移
、
高带宽的压电光纤拉伸器，其特征在于：所述柔性铰链
(1

【专利技术属性】
技术研发人员：刘开园，徐明龙，宋思扬，邵恕宝，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：