[发明专利]集传感单元和约束元件于一体的二维快速偏转台及方法

说明书

一种集传感单元和约束元件于一体的二维快速偏转台及方法，该偏转台包括置于下表面带有双轴柔性铰链的微角摆平台和底座间的X轴和Y轴角位移传感测量装置、四个直线音圈电机；X轴和Y轴角位移传感测量装置均包括刚性支撑相对两边伸出的一对柔性金属梁及其末端固定连接的质量块；每根柔性金属梁的根部附近上下表面均贴有电阻应变片；第一和第三音圈电机采用相同的规格相对布置，组成第一作动器组；第二和第四音圈电机采用相同的规格相对布置，并与第一作动器组垂直交错分布；本发明采用音圈电机驱动能实现较大的角行程，并通过柔性金属梁增加了偏转台的约束刚度，提高了机构的稳定性；同时又作为传感单元以应变反馈方式进行双轴偏转角度的实时测量。

技术领域

本发明涉及微角位移二维快速偏转作动技术领域，具体涉及一种集传感单元和约束元件于一体的二维快速偏转台、作动方法及微角度传感测量方法。

背景技术

近年来，随着微电子工程、航天工程、生物工程等领域的迅速发展，微角度二维快速偏转台在天文望远镜、图像稳定控制、航天器通讯精确指向以及卫星成像等方面得到了广泛应用，并发挥着日益重要的作用。而目前的压电驱动型微角度作动平台虽然体积小、谐振频率高，但存在驱动电压高、作动行程小等不足，并且作动机构多需要安装额外的电涡流位移传感器等装置来测量双轴偏转角度。而由于其应用环境的特殊性，往往还要求作动平台在较低的驱动电压下具有较大的角行程。

音圈电机具有结构简单、体积小、高精度、力控制精确、急速响应、寿命长以及驱动行程大等卓越特性。因此音圈电机被广泛应用于精密作动领域中。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种集传感单元和约束元件于一体的二维快速偏转台、作动方法及微角度传感测量方法，该偏转台基于音圈电机驱动，在具有体积小、响应快、高的位移分辨率等特点的同时，还能在低电压下实现较大的角行程；并且通过弹性约束元件既增加整个机构的约束刚度，又实现双轴偏转角的传感测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种集传感单元和约束元件于一体的二维快速偏转台，包括底座2、位于底座2中心处的刚性支撑5、以及通过带有双轴柔性铰链10与刚性支撑5连接的微角摆平台1；还包括与微角摆平台1的下表面四周通过双轴柔性铰链连接的X轴角位移传感测量装置3和Y轴角位移传感测量装置4、分布于X轴角位移传感测量装置3与底座2之间的第一音圈电机6和第二音圈电机8、以及分布于Y轴角位移传感测量装置4与底座2之间的第三音圈电机7和第四音圈电机9。所述第一音圈电机6包括第一磁缸6-2和置于第一磁缸6-2内的第一线圈6-1；所述第二音圈电机8、第三音圈电机7和第四音圈电机9均与第一音圈电机6的组成和规格相同；所述第一音圈电机6和第二音圈电机8相对布置，组成第一作动器组；所述第三音圈电机7和第四音圈电机9与第一作动器组垂直交错分布，组成第二作动器组。

所述X轴角位移传感测量装置3由位于底座2中心处的刚性支撑5、相对两边伸出的第一柔性金属梁3-1和第二柔性金属梁3-2以及分别与第一柔性金属梁3-1和第二柔性金属梁3-2末端固定连接的第一“凸”字形质量块3-3和第二“凸”字形质量块3-4组成；第一柔性金属梁3-1和第二柔性金属梁3-2的根部附近上下表面均贴有四片电阻应变片，接入相应的外部信号处理电路可组成两个全桥电路，且第一柔性金属梁3-1和第二柔性金属梁3-2同一表面上的电阻应变片距离一定；所述Y轴角位移传感测量装置4与X轴角位移传感测量装置3组成相同。

所述的第一音圈电机6、第二音圈电机8、第三音圈电机7和第四音圈电机9顶部的线圈位移输出端和磁缸底部均通过螺钉分别与X轴角位移传感测量装置3、Y轴角位移传感测量装置4以及基座2固定连接。