本发明专利技术涉及一种装置，具有至少一个管状的压电元件，用于在压电元件内部电-机械的定位游标。这个装置的特征在于至少一个与压电元件连接的、用于在游标上施加法向力的弹性摩擦机构。本发明专利技术公开了一种用于控制该装置的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
这类装置用于使探针以纳米范围定位，例如在光栅探针显微中定位。它们将电的输入参数(电压)转换成机械的输出参数(位置)。在此例如控制管状的压电元件，用于使在压电元件内部运动的游标、起到探针功能的导线相对于管状摩擦表面利用惯性驱动装置运动。为了影响这个运动，可以使管状压电元件以锯齿形压电曲线加载。使电压这样施加在压电元件的内部电极与外部电极之间，使压电曲线导致游标在压电元件里面交替地停止和滑动。游标在锯齿脉冲的扁平侧面期间停止在压电元件内部的摩擦表面上并且在其陡斜侧面期间滑动。缺陷是，在锯齿脉冲期间在压电元件上的快速运动可能导致压电元件或运动的目标本身的底座的不期望抖动。例如由WO 94/06160 Al给出的驱动装置包括压电元件。游标能以直到纳米范围的精度运动。所述游标由导线组成。使游标顶压摩擦表面的力对于惯性驱动装置的功能是苛刻的。通过导线本身的弯曲影响对于导线或游标的作用力。准确的力必需试验地通过导线的不同弯曲匹配。其缺陷是费时且困难的方法步骤。导线端部在光栅隧道显微期间形成扫描尖端或探针。在尖端每次扫描时缺陷是必需变换整个游标并且重新匹配用于更换的游标的作用力。在真空中更换游标几乎是不可能的，因为针形游标没有用于从管状摩擦表面中取出的装置。由文献DE 44 40 758 Al已知一个由质量单元包括弯曲元件组成的游标，由此可以通过弯曲元件的弯曲调节摩擦力大小。由此也可以定位沉重的目标。这个定位装置的缺陷是，只存在非常小的空间用于操纵装置。存在很小的空间，因为要尽可能小地构造定位单元，用于在实现装置在运行中的尽可能最大的稳定性和高的固有频率。不利的是，质量单元(由质量单元端部定位)相对于管状摩擦面和管状压电元件倾斜。这不利地导致，质量单元不轴向对准摩擦面和压电元件管。另一方面质量单元的倾斜布置意味着不准确的导向和摩擦特性的无意变化。摩擦特性的变化对惯性驱动装置的功能产生不利影响并且可能导致定位单元失效，因为游标可能卡死。所述惯性驱动装置本身也存在缺陷。在惯性驱动装置中压电元件的质量和游标的质量以高加速度运动。这不利的后果是，加速度以抖动和振动的形式传递到固定在游标上的目标上。此外这些作用力在压电元件上按照牛顿第三定律也传递到底座。因此抖动运动也可能传递到底板上，在其上固定纳米定位器。因此由US 4，874，979给出另一定位装置，具有另一驱动方法。在此内部的圆柱体作为游标交替地由三个压电传动的卡子固定。卡子的距离通过压电元件的膨胀或压缩调整并且导致内部圆柱体的调整运动。这个纳米操纵器有利地避免惯性驱动装置的快速的加速度。但是缺陷是，为了固定内部圆柱体，至少一个卡子必需总是处于高压下。通过卡子固定圆柱体是驱动这个也称为“缓慢蠕虫(inchmirm)”的定位单元的必需前提。在“缓慢蠕虫” 中也必需总是施加电压在压电的卡子上，用于固定游标。但是在光栅隧道显微中使用定位单元时这个用于卡紧游标的电压不利地传递电干扰到测得的隧道电流上。为了避免这一点，这个高压只能具有非常低的噪声，例如<lmV。这意味着附加的费用和成本，用以建立稳定的电压供给。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一个用于游标的电-机械的定位装置，它可以小巧和良好地操纵并且还能够使游标在管状压电元件内部与所选择的驱动装置无关地精确导向。此外，本专利技术的目的是，给出一种用于控制这种装置的方法，它与公知的惯性驱动装置不同无抖动地工作。这个目的通过权利要求1和7的装置以及附属权利要求的方法得以实现。从属权利要求给出有利的扩展结构。所述装置具有至少一个管状的压电元件，用于在压电元件内部电-机械的定位游标。该压电元件具有电极和用于控制的接头。所述装置具有至少一个与压电元件连接的弹性机构，用于施加法向力在压电元件内部中的游标上。这个弹性机构具有摩擦面。这个摩擦面是弹性机构与游标之间的接触面。所述弹性机构在本专利技术的扩展结构中由导电的材料、例如由铜-铍组成。通过导电性可以使通过扫描尖端导出的隧道电流直接通过所述机构导出和控制。所述弹性机构为了施加法向力可以弯曲。按照本专利技术的机构例如可以是电缆连接，它能够利用弯曲的内部部件在游标上施加作为法向力的弹性力。所述弹性机构也可以是板簧。每个弹性机构有利地在游标上施加恒定的、持久的法向力。作为用于所述机构的材料的铜-铍有利地具有高弹性。这种材料相对较硬并且可以良好地加工，用以构成弯曲的弹性的机构。这一点可以通过例如管状机构的切口实现。此外这种材料是导电的。可以使用具有类似特性的其它材料。除了弹性机构以外也可以使用静止摩擦机构，它们直接或间接地与压电元件连接，用以导引游标和承受法向力。所述静止的机构具有摩擦面。这个摩擦面是静止机构与游标之间的接触面。所述静止摩擦机构的可能扩展结构是蓝宝石半球。下面将静止摩擦机构和弹性摩擦机构统称为摩擦机构。固定在压电元件轴向位置的摩擦机构构成一组摩擦机构。因此一组包括至少一个唯一的摩擦机构。在压电元件轴向膨胀或收缩时一组摩擦机构同步地运动。所述摩擦机构可以直接与压电元件连接。最好也可以间接地通过连接部件与压电元件连接。作为连接部件例如是或短或长的小管和盘，它们与压电元件的端部连接。短的连接部件也称为端部的盘。该盘具有开孔。最好由陶瓷制成盘。在端部盘或其开孔里面导引或定位游标。长的管状连接部件也称为同轴的固定体，并且起到使多个摩擦机构同步运动的作用。这种连接部件在导引游标时不接触游标，而是只接触设置在连接部件上的摩擦机构。在连接部件的内表面上设置摩擦机构。所述连接部件作为小管和盘具有开孔，在其中轴向导引游标。因为摩擦机构基于其施加的力对准压电元件内部，因此穿过连接部件的开孔实现游标的轴向定位。所述摩擦机构例如通过粘接剂与连接部件连接并且与压电元件内表面连接。所述摩擦机构可以固定在端部的盘上并且也固定在同轴的作为连接部件的固定体上，并且通过这个固定体与压电元件连接。所述同轴固定体是，同轴地在压电元件的几乎整个长度上设置在压电元件里面。在同轴的固定体里面特别有利地非常稳定地导引游标。 同轴的固定体可以一体地构成。它仅仅在一端与压电元件连接。同轴的固定体可以利用端部的盘作为连接部件在一端上与压电元件连接。同轴的固定体的另一端在压电元件的内部游离，即，不固定。在同轴固定体的纵向上可以设置其它摩擦机构。在本专利技术的扩展结构中由位于同轴固定体里面的摩擦机构导引游标。因此在一端固定在底板上的压电元件偏转时所有摩擦机构同步地运动。为了定位游标以公知的方式通过惯性驱动装置以锯齿形电压使压电元件偏转。在锯齿信号的扁平侧面期间所有摩擦面是静摩擦，并且所述游标与压电运动一起导引。在锯齿信号的陡斜侧面期间所述摩擦面过渡到滑动摩擦。所述游标由于其惯性不与摩擦机构、同轴的固定体和压电元件的运动一起导引。所述同轴固定体在压电元件上的端部固定起到完全传递压电元件的偏转到在同轴固定体里面导引的游标上的作用。所述端部的盘作为连接部件特别有利地也用于，使可能作为标准部件制成的压电元件和与其并联设置的管状同轴固定体在其内径和外径上相互匹配。用于施加法向力在游标上的弹性机构最好通过粘接在连接部件、盘和同轴的固定体上与压电元件连接。所述摩擦机构可以在一个、两个或多个轴向的不同位置上在同轴固定体的长度本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种装置，它具有至少一个管状的压电元件，用于在压电元件内部电－机械的定位游标，其特征在于至少一个与压电元件连接的、用于在游标上施加法向力的弹性摩擦机构。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：B福格特伦德，P克嫩，V切雷帕诺夫，
申请(专利权)人：B福格特伦德，P克嫩，V切雷帕诺夫，
类型：发明
国别省市：DE
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