[實用新型]一種基于單個壓電堆棧的納米定位器

有效

• 申請號: 201821061413.0
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN208656662U
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 龐宗強;周澤清;龔昱滔
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本實用新型公開了一種基于單個壓電堆棧的納米定位器，所述納米定位器包括基座、壓電堆棧、剛性導向塊、柔性導向塊和滑桿，壓電堆棧垂直固定裝設于基座上，剛性導向塊包括上剛性導向塊和下剛性導向塊，上剛性導向塊固定裝設在壓電堆棧的上自由端，下剛性導向塊固定裝設在壓電堆棧的下自由端；柔性導向塊裝設于壓電堆棧的中部位置，剛性導向塊與柔性導向塊共同作用產生擠壓力將滑桿固定在壓電堆棧的垂直中心對稱軸處；上剛性導向塊和下剛性導向塊上均開設有固定槽，且滑桿固定于固定槽中；本實用新型結構簡單、易制作，且結構剛性強，驅動力大，僅需一個壓電堆棧和兩路三角波電壓驅動信號即可控制滑桿的納米級位置調整和厘米范圍的調節。

技術領域

本實用新型屬于納米定位器技術領域，涉及一種微驅動系統，尤其涉及一種基于單個壓電堆棧的納米定位器。

背景技術

納米技術是用單個原子、分子制造物質的科學技術，研究結構尺寸在0.1至100納米范圍內材料的性質和應 用。隨著納米科學技術的發展，又引發了一系列新的科學技術，如納米物理學、納米生物學、納米化學、納米電子學和納米計量學等，而納米定位器正是納米科技研究中用于納米定位和納米測量的新型微驅動系統。

納米定位器是一種能夠同時實現納米級定位精度和厘米級行程的壓電定位器，它主要利用壓電陶瓷基片或薄膜、電致伸縮材料的聲振動和微小形變的累加效果來產生移動，而壓電堆棧則是在此基礎上擴大了其性能：不僅保持了壓電陶瓷片原有的特性和優點，而且其位移量和輸出力都有較大提高。由于納米定位器具有結構簡單、設計靈活、驅動力大等優點而被廣泛應用于納米技術、微機械和微系統、通訊傳感技術、半導體技術、電子掃描技術、微生物技術等領域，特別是在極低溫和超強磁場等極端條件下作為微型掃描探針顯微鏡的微調定位裝置以及大型天文望遠鏡的子鏡面位移調節裝置。

現就目前應用較為廣泛的幾款定位器結構進行比較：

（1）Pan型納米定位器：使用6組相同的剪切壓電堆棧通過擠壓方式固定中心滑桿，分別利用6路高壓脈沖信號驅動剪切壓電堆棧交替伸縮，從而實現滑桿的步進。其結構較為復雜，需要6路高壓驅動信號，附加的電子噪音較大，制作成本較高。

（2）Panda型納米定位器：將一個完整壓電陶瓷管的外電極中部的電極層刮掉，形成兩個串聯的壓電陶瓷管段，利用置于壓電陶瓷管內部的鈹銅彈簧片與陶瓷管兩端的基座環通過擠壓方式固定滑桿，然后通過脈沖電壓信號控制兩個壓電陶瓷管的有序伸縮，從而實現納米級的位置調整。此款定位器對相關零部件的加工精度要求較高，制作較為復雜，整體機械結構剛性不強。

（3）Tuna型納米定位器：由5個壓電堆棧組裝而成，其中兩個前肢堆和兩個后肢堆分別相互串聯，首先通過放大器輸出的兩路高頻周期性振動信號降低前、后肢堆與滑桿間的摩擦力，然后再由另一路不同頻率的電壓伸縮信號控制體堆棧的伸縮，以帶動前后肢堆的移動實現整體的步進。此款定位器結構復雜，而且需要三路不同頻率的驅動信號控制，控制相對復雜。

實用新型內容

本實用新型的主要目的在于提供了一種基于單個壓電堆棧的納米定位器，該納米定位器整體結構簡單、機械結構剛性強、步進精度高，有效解決了現有技術中納米定位器結構復雜、制備成本高、機械剛性不強且不易控制的問題，具體技術方案如下：

一種基于單個壓電堆棧的納米定位器，所述納米定位器包括壓電堆棧、剛性導向塊、柔性導向塊、滑桿和基座，所述壓電堆棧垂直固定裝設于所述基座上，所述剛性導向塊包括上剛性導向塊和下剛性導向塊，所述上剛性導向塊固定裝設在所述壓電堆棧的上自由端，所述下剛性導向塊固定裝設在所述壓電堆棧的下自由端；所述柔性導向塊裝設于所述壓電堆棧的中部位置，所述剛性導向塊與所述柔性導向塊共同作用產生擠壓力將所述滑桿固定在所述壓電堆棧的垂直中心對稱軸處；其中，所述上剛性導向塊和下剛性導向塊上均開設有固定槽，且所述滑桿固定于所述固定槽中。