[发明专利]闭环控制的封装型压电陶瓷致动器及电阻应变片固定方法

说明书

技术领域

本发明属于微驱动应用技术领域，具体涉及一种实现闭环控制的封装型压电陶瓷致动器及电阻应变片固定方法。

背景技术

目前，压电陶瓷致动器件所具有的优点已得到广泛的承认和应用。压电陶瓷是利用压电材料的逆压电效应来工作的，仅依靠外加电场的大小就能够实现驱动、压电陶瓷克服了以往机械式、液压式、气动式、电磁式等执行器惯性大、响应慢、结构复杂、可靠性差等不足，具有体积小、结构紧凑、无机械摩擦、无间隙、分辨率高、响应快、无发热、不受磁场干扰、可在低温，真空度环境下使用等优点，被广泛应用于微定位技术中，例如物镜精密定位、大行程纳米对准系统、高精度显微纳米压印、主动减震、掩模与晶圆对准、光刻、光学干涉、光纤对接、亚纳米测量、光盘测试、光学测试、流体控制阀、声学仪器换能器、线性电动机和微波声学等领域，这种可控的精密微位移执行器必将在今后诸多技术领域中发挥难以估量的作用。但是，一方面由于压电陶瓷致动器为了实现较大的驱动范围均采用片层粘叠结构，而且是陶瓷类硬脆性材料，所以在使用中经常由于端面受力不均、侧面受剪切力、弯矩、扭矩、震动、冲击和惯性力等因素造成压电陶瓷的损坏，使得压电陶瓷的耗损率非常高。另一方面由于压电陶瓷存在的迟滞和蠕变等特性，导致在运动过程中位移的输出呈非线性，移动精度较差。

为了提高压电陶瓷的使用寿命，需对压电陶瓷进行封装处理，目前根据使用材料和封装方式的不同分为机械封装和柔性铰链封装两种方式对压电陶瓷进行封装。其中，采用柔性铰链封装压电陶瓷的方式存在一款专利“直驱式纳米级精密定位平台（专利号：201220411967.5），该定位平台包括：台体、顶丝、顶块、压电陶瓷、螺钉等，台体内开有凹槽并加工出柔性铰链，压电陶瓷装在凹槽内，压电陶瓷的一端及顶块的一端顶靠在台体凹槽一端，顶丝穿过台体顶靠在压电陶瓷的底端（对其进行预紧）。工作中压电陶瓷驱动柔性铰链实现微纳米定位。但此种结构体积较大，零件数目较多，对柔性铰链及工作台的加工精度要求较高。还例如“一种柔性微定位平台（专利号：201310103681.X）。

有鉴于此，有必要提出一种新型压电陶瓷致动器，以有效的消除压电陶瓷在位移输出时的迟滞和蠕变等非线性特性，提高输出精度，提高压电陶瓷的可靠性、稳定性和可安装性，并实现位移输出的有效反馈，达到闭环控制的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种闭环控制的封装型压电陶瓷致动器及电阻应变片固定方法，以有效的消除压电陶瓷在位移输出时的迟滞和蠕变等非线性特性，提高输出精度，提高压电陶瓷的可靠性、稳定性和可安装性，并实现位移输出的有效反馈，达到闭环控制的目的。

根据本发明的目的提出的一种闭环控制的封装型压电陶瓷致动器，包括底座、套管、位于所述套管内部的压电陶瓷，以及设置于所述压电陶瓷上方的预紧装置，所述预紧装置与所述套管固定连接，所述压电陶瓷相对的两侧平面上设置有电阻应变片；

所述压电陶瓷的一端固定于所述底座上，另一端上固定连接有连接头，所述预紧装置中心位置处开有通孔，所述连接头的上端穿过所述通孔；

外加电场时，压电陶瓷依靠电场的大小实现驱动，继而带动连接头实现前后移动，与此同时，电阻应变片产生形变，继而发生电阻变化，将压电陶瓷的形变量进行反馈。

优选的，所述预紧装置为预紧弹簧，所述预紧弹簧固定于所述套管上。

优选的，所述预紧装置包括固定连接于所述套管上的预紧头，所述连接头的下端与所述预紧头之间设置有预紧弹簧。

优选的，所述预紧弹簧为碟形弹簧。

优选的，所述预紧头与所述套管螺纹旋接。

优选的，所述底座与所述套管可拆卸固定。

优选的，所述套管为不锈钢材料。

优选的，所述电阻应变片上连接有电极引线，所述压电陶瓷上连接有屏蔽线，所述套管下端开设有用于引出所述电极引线与屏蔽线的开口槽。

一种用于固定所述的电阻应变片的方法，具体步骤如下：

（一）、将压电陶瓷表面的热塑管剥落，然后采用打磨工具对压电陶瓷相对的两侧平面上待贴位置处进行打磨，去除压电陶瓷表面的污垢覆盖层，直至表面平整有光泽；

（二）、再用细砂布磨出与电阻应变片粘贴方向成30°-60°的条纹，以增强粘结力；

（三）、在压电陶瓷相对两侧平面上划出电阻应变片安装的准确位置；

（四）、用除垢棉蘸挥发性溶剂对两处贴片部位进行反复擦洗，直至除垢棉上见不到污垢为止；