[发明专利]一种杠杆级联式纳米量级位移产生装置

说明书

本发明专利公开了一种杠杆级联式纳米量级位移产生装置，具体涉及精密测距装置的技术领域。该装置包括步进电机、第一固定底座和第二固定底座，步进电机安装在第一固定底座上，步进电机上连接有螺纹杆，螺纹杆上螺纹连接有与第一固定底座滑动连接的第一滑块，第一滑块上插接有第一刚性圆锥顶尖，第一刚性圆锥顶尖的运动轨迹上设有转动点在第一固定底座外的第一杠杆，第一杠杆的另一侧设有第二刚性圆锥顶尖，第二刚性圆锥顶尖上抵触有转动点在第二固定底座外的第二杠杆，第二杠杆的另一侧设有第三刚性圆锥顶尖，第二固定底座上滑动连接有待测运动滑块。本发明技术方案解决了普通步进电机无法实现纳米量级的问题，可用于产生纳米量级的位移。

技术领域

本发明涉及精密测距装置的技术领域，特别涉及一种杠杆级联式纳米量级位移产生装置。

背景技术

空间和时间一直存在于人类社会活动的方方面面，从人体米量级的身高尺度，到毫米分辨率的普通直尺长度，到微米量级的常规光学显微镜，到纳米量级的扫描隧道显微镜等，一次又一次开拓人类对微观世界的认知，促进人类社会文明由低向高的发展。

步进电机依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩，将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机技术。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。基于此原理，将脉冲信号进行细分处理，进一步提高精细步进电机空间分辨率，已经成为高精密步进电机技术的核心和发展趋势。目前普通的步进电机，结合丝杆滑块技术，已经可以实现微米量级的空间分辨率。但对于纳米量级的空间分辨率，通用的步进电机难以实现。

对于这一问题，目前一般采用光杠杆技术或者压电陶瓷技术得以解决。前者使用更加精细的光波长，如百纳米量级的可见光作为测量单位，一般通过光斑的空间偏转或者光束波长的干涉叠加得以实现纳米量级的精细测量，具有直观、空间分辨率高、指向明确等优点，但需要引入额外的光学瞄准系统。后者利用晶体材料的压电效应来实现纳米量级位移的变化，具有稳定性好、操作简便等优点，但一般需要引入额外高压控制模块，因此整个系统的价格较为昂贵。

发明内容

本发明意在提供一种杠杆级联式纳米量级位移产生装置，解决了普通步进电机无法实现纳米量级的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种杠杆级联式纳米量级位移产生装置，包括步进电机、第一固定底座和第二固定底座，所述步进电机安装在第一固定底座上，所述步进电机上连接有螺纹杆，所述螺纹杆上螺纹连接有与第一固定底座滑动连接的第一滑块，所述第一滑块上插接有第一刚性圆锥顶尖，所述第一刚性圆锥顶尖的运动轨迹上设有转动点在第一固定底座外的第一杠杆，所述第一杠杆的另一侧设有第二刚性圆锥顶尖，所述第二刚性圆锥顶尖上抵触有转动点在第二固定底座外的第二杠杆，所述第二杠杆的另一侧设有第三刚性圆锥顶尖，所述第二固定底座上滑动连接有待测运动滑块。

进一步的，所述步进电机上点连接有步进电机控制器，所述步进电机控制器电连接有计算机。

通过上述设置，步进电机控制器和计算机课实现精确控制。

进一步的，所述第二固定底座上设有气浮导轨，所述气浮导轨与待测运动滑块滑动连接。

通过上述设置，可显著的减小摩擦力，实现纳米量级的线性移动。

与现有技术相比，本方案的有益效果：

本方案使用多杠杆方式和步进电机的组合,进一步降低杠杆材料的刚性要求、均匀性以及电机精细度要求，极大地弱化了本装置的建设难度,实现了纳米量级的精细位移。该项技术将突破现有普通电机技术的局限，从而使微米尺度跨越至纳米尺度空间，为光学精细谐振腔结构、纳米工艺等领域提供简便而有效的途径。

附图说明

图1是本发明一种杠杆级联式纳米量级位移产生装置的结构示意图；

图2是本实施例中杠杆线性位移测量原理示意图。