[發明專利]集傳感單元和約束元件于一體的二維快速偏轉臺及方法

有效

• 申請號: 201710612943.3
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107393599B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 徐明龍;肖瑞江;王源;邵妍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G12B5/00
• 分類號: G12B5/00;G01B7/30
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種集傳感單元和約束元件于一體的二維快速偏轉臺及方法，該偏轉臺包括置于下表面帶有雙軸柔性鉸鏈的微角擺平臺和底座間的X軸和Y軸角位移傳感測量裝置、四個直線音圈電機；X軸和Y軸角位移傳感測量裝置均包括剛性支撐相對兩邊伸出的一對柔性金屬梁及其末端固定連接的質量塊；每根柔性金屬梁的根部附近上下表面均貼有電阻應變片；第一和第三音圈電機采用相同的規格相對布置，組成第一作動器組；第二和第四音圈電機采用相同的規格相對布置，并與第一作動器組垂直交錯分布；本發明采用音圈電機驅動能實現較大的角行程，并通過柔性金屬梁增加了偏轉臺的約束剛度，提高了機構的穩定性；同時又作為傳感單元以應變反饋方式進行雙軸偏轉角度的實時測量。

技術領域

本發明涉及微角位移二維快速偏轉作動技術領域，具體涉及一種集傳感單元和約束元件于一體的二維快速偏轉臺、作動方法及微角度傳感測量方法。

背景技術

近年來，隨著微電子工程、航天工程、生物工程等領域的迅速發展，微角度二維快速偏轉臺在天文望遠鏡、圖像穩定控制、航天器通訊精確指向以及衛星成像等方面得到了廣泛應用，并發揮著日益重要的作用。而目前的壓電驅動型微角度作動平臺雖然體積小、諧振頻率高，但存在驅動電壓高、作動行程小等不足，并且作動機構多需要安裝額外的電渦流位移傳感器等裝置來測量雙軸偏轉角度。而由于其應用環境的特殊性，往往還要求作動平臺在較低的驅動電壓下具有較大的角行程。

音圈電機具有結構簡單、體積小、高精度、力控制精確、急速響應、壽命長以及驅動行程大等卓越特性。因此音圈電機被廣泛應用于精密作動領域中。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種集傳感單元和約束元件于一體的二維快速偏轉臺、作動方法及微角度傳感測量方法，該偏轉臺基于音圈電機驅動，在具有體積小、響應快、高的位移分辨率等特點的同時，還能在低電壓下實現較大的角行程；并且通過彈性約束元件既增加整個機構的約束剛度，又實現雙軸偏轉角的傳感測量。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種集傳感單元和約束元件于一體的二維快速偏轉臺，包括底座2、位于底座2中心處的剛性支撐5、以及通過帶有雙軸柔性鉸鏈10與剛性支撐5連接的微角擺平臺1；還包括與微角擺平臺1的下表面四周通過雙軸柔性鉸鏈連接的X軸角位移傳感測量裝置3和Y軸角位移傳感測量裝置4、分布于X軸角位移傳感測量裝置3與底座2之間的第一音圈電機6和第二音圈電機8、以及分布于Y軸角位移傳感測量裝置4與底座2之間的第三音圈電機7和第四音圈電機9。所述第一音圈電機6包括第一磁缸6-2和置于第一磁缸6-2內的第一線圈6-1；所述第二音圈電機8、第三音圈電機7和第四音圈電機9均與第一音圈電機6的組成和規格相同；所述第一音圈電機6和第二音圈電機8相對布置，組成第一作動器組；所述第三音圈電機7和第四音圈電機9與第一作動器組垂直交錯分布，組成第二作動器組。

所述X軸角位移傳感測量裝置3由位于底座2中心處的剛性支撐5、相對兩邊伸出的第一柔性金屬梁3-1和第二柔性金屬梁3-2以及分別與第一柔性金屬梁3-1和第二柔性金屬梁3-2末端固定連接的第一“凸”字形質量塊3-3和第二“凸”字形質量塊3-4組成；第一柔性金屬梁3-1和第二柔性金屬梁3-2的根部附近上下表面均貼有四片電阻應變片，接入相應的外部信號處理電路可組成兩個全橋電路，且第一柔性金屬梁3-1和第二柔性金屬梁3-2同一表面上的電阻應變片距離一定；所述Y軸角位移傳感測量裝置4與X軸角位移傳感測量裝置3組成相同。

所述的第一音圈電機6、第二音圈電機8、第三音圈電機7和第四音圈電機9頂部的線圈位移輸出端和磁缸底部均通過螺釘分別與X軸角位移傳感測量裝置3、Y軸角位移傳感測量裝置4以及基座2固定連接。