[发明专利]一种基于叠层压电陶瓷的纤维推出装置及其工作方法

说明书

本发明公开了一种基于叠层压电陶瓷的纤维推出装置及其工作方法，该装置包括压电微位移输出单元、手动调节微动平台、L型连接块Ⅰ、L型连接块Ⅱ、底座；所述L型连接块Ⅱ、L型连接块Ⅰ、手动调节微动平台依次布置于底座上，且L型连接块Ⅱ的工作面上布置有纤维玻片；所述压电微位移单元通过螺钉与手动调节微动平台的调节螺纹面固定，且压电微位移单元采用叠层压电陶瓷为作动元件，通过顶针对准L型连接块Ⅱ的工作面用于推出纤维。本发明采用压电微位移输出机构，在输出方向上提供适合推力、较大行程、微米级精度的运动，输出高精度位移作动，及时反馈采集界面结合力情况，从而实现单根纤维的高效推出以及纤维推出过程中界面结合力的精准测量。

技术领域

本发明涉及一种基于叠层压电陶瓷的纤维推出装置及其工作方法，属于压电精密致动技术领域。

背景技术

纤维推出测试主要用来测定纤维复合材料间的界面结合力，研究界面反应机理，纤维推出装置通常需要具备较大推力(百牛以上)、较高精度(微米级)，为了测量结合力大小，通常还需要具有传感器反馈系统。压电微位移执行机构是近年来发展迅速的一种智能结构，其利用压电材料的逆压电效应，驱动弹性体产生微位移，具有结构简单、推力大、精度高、响应快、断电自锁、无电磁干扰等优点，可以满足纤维推出装置的需求。

通常的压电微位移执行机构根据振动状态的差异，可以分为共振式与非共振式。共振式执行机构利用单层压电陶瓷作为驱动元件，激发弹性体的共振运动状态使得输出位移得到放大，该种执行机构通常也被称为超声电机；非共振式执行机构利用叠层压电陶瓷作为驱动元件，利用该压电元件在较小电压较小频率的信号下就有较高的位移与推力输出的原理，推动外围机构实现大行程、高精度的运动。

现有纤维推出装置主要运用伺服电机进行推出，推出力与行程较大，主要弱点在于无法保证步进的位移分辨率、推出过程易受惯性影响以及界面间接触反馈不及时。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于叠层压电陶瓷的纤维推出装置及其工作方法，具有结构简单、操作方便、测定准确等特点，提供合适推力与行程的同时，输出高精度位移作动，及时反馈采集界面结合力情况。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于叠层压电陶瓷的纤维推出装置，包括压电微位移输出单元、手动调节微动平台、L型连接块Ⅰ、L型连接块Ⅱ、底座；

其中，所述L型连接块Ⅱ、L型连接块Ⅰ、手动调节微动平台依次布置于底座上，且纵截面呈L型的L型连接块Ⅱ底部与底座固定，手动调节微动平台通过横截面呈L型的L型连接块Ⅰ与L型连接块Ⅱ固定；

所述压电微位移输出单元包括双板簧框型结构、叠层压电陶瓷、顶针，所述双板簧框型结构包括一侧开口的框型结构及布置于框型结构开口中部的中柱结构，且中柱结构两侧均通过双板簧结构与框型结构实现连接；所述双板簧框型结构一侧通过安装螺钉固定于手动调节微动平台的调节螺纹面上，其另一侧通过安装于中柱结构前端的顶针正对L型连接块Ⅱ上的工作面；所述叠层压电陶瓷预紧于双板簧框型结构中，且叠层压电陶瓷上引出正极接线与负极接线，通过叠层压电陶瓷驱动中柱结构及顶针输出相应的位移。

优选的，所述手动调节微动平台的调节螺纹面可手动实现水平及竖直方向位移调节。

优选的，所述L型连接块Ⅱ的工作面上布置有通过压紧片和压紧螺钉紧固的纤维玻片，且工作面中部设置有割缝用以存放推出的纤维。

优选的，所述纤维推出装置还包括显微镜、薄膜式压力传感器以及激光位移传感器；