[發明專利]一種基于壓電疊堆的光學穩像裝置及其控制系統

有效

• 申請號: 202110017256.3
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112817161B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 潘松;徐張凡;陳雷
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G02B27/64
• 分類號: G02B27/64;G03B5/00;G05B19/042
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

1.一種基于壓電疊堆的光學穩像裝置，其特征在于：包括中空的第一矩形框架（6）、第二矩形框架（7）和鏡頭安裝架（2），所述鏡頭安裝架（2）位于第一位移放大模塊（1）的位移放大方向，并通過連接塊（9）連接該第一位移放大模塊（1），整體設在第一矩形框架（6）內；

所述第一矩形框架（6）位于第二位移放大模塊（4）的位移放大方向，并通過連接塊（9）連接該第二位移放大模塊（4），整體設在第二矩形框架（7）內；其中，所述第一位移放大模塊（1）和第二位移放大模塊（4）為并聯設置，二者在外加電壓的作用下伸長，分別產生作用于所述鏡頭安裝架（2）的正向和負向的位移輸出；

所述第一位移放大模塊（1）包括壓電疊堆（11）、墊塊（10）和三角位移放大機構（8），所述壓電疊堆（11）兩端過盈連接所述墊塊（10），并整體設在所述三角位移放大機構（8）內，所述第二位移放大模塊（4）與第一位移放大模塊（1）結構相同；

所述第一矩形框架（6）的外壁和第二矩形框架（7）的內壁通過薄片狀第二柔性支撐片（5）連接；所述鏡頭安裝架（2）的外壁和第一矩形框架（6）的內壁通過薄片狀第一柔性支撐片（3）連接；所述第一柔性支撐片（3）、第二柔性支撐片（5）分別在所述第一位移放大模塊（1）、第二位移放大模塊（4）的位移輸出方向上具有柔性，垂直于位移輸出的方向上具有剛性。

2.根據權利要求1所述的一種基于壓電疊堆的光學穩像裝置，其特征在于：所述第一柔性支撐片（3）與所述第一矩形框架（6）、鏡頭安裝架（2）的連接處均設有倒角；所述第二柔性支撐片（5）與所述第一矩形框架（6）、第二矩形框架（7）的連接處均設有倒角。

3.根據權利要求2所述的一種基于壓電疊堆的光學穩像裝置，其特征在于：所述光學穩像裝置由高精度線切割加工工藝一次切割成型，材料為彈簧鋼；所述壓電疊堆的材料均為PZT-8，極化方向與安裝方向相同；所述壓電疊堆的兩端均加工有用于為壓電疊堆施加電壓的銀鍍層。

4.根據權利要求1-3任意一項所述的一種基于壓電疊堆的光學穩像裝置的控制系統，其特征在于：包括中央處理器模塊，所述中央處理器模塊產生參數并發送至調制模塊，以控制調制模塊的波形輸出；所述調制模塊接收該參數并產生高頻SPWM波輸出至電壓輸出模塊，以產生作用于壓電疊堆的輸入電壓，壓電疊堆在輸入電壓的作用下產生位移量，該位移量通過位移傳感器感知形成位移信號，經由信號放大模塊放大后發送至中央處理器模塊分析處理，形成閉環控制。

5.根據權利要求4所述的一種基于壓電疊堆的光學穩像裝置控制系統，其特征在于：電壓輸出模塊包括功率放大模塊和開關模塊，該功率放大模塊對所述調制模塊輸出的頻率超過100kHz的高頻單極性階梯式SPWM波的電流與電壓幅值進行放大處理，用于驅動開關模塊的MOS管；開關模塊的MOS管與高電壓電源相連，經過反復的接通與關斷，產生與所述調制模塊產生的SPWM波占空比相同，但幅值被放大的SPWM波，通過調節SPWM波的占空比大小來模擬不同大小的電壓幅值。

6.根據權利要求5所述的一種基于壓電疊堆的光學穩像裝置控制系統，其特征在于：所述位移傳感器為第一電容位移傳感器（16）和第二電容位移傳感器（17），第一電容位移傳感器（16）粘貼于第一柔性支撐片（3）與第一矩形框架（6）的縫隙之間，第二電容位移傳感器（17）粘貼于第二柔性支撐片（5）與第二矩形框架（7）的縫隙之間。

7.根據權利要求5所述的一種基于壓電疊堆的光學穩像裝置控制系統，其特征在于：所述位移傳感器為第一應變片（14）、第二應變片（15）、第三應變片（12）、第四應變片（13），所述第一應變片（14）與第二應變片（15）分別粘貼在第一柔性支撐片（3）的兩個柔性臂的中心位置，第三應變片（12）與第四應變片（13）分別粘貼在第二柔性支撐片（5）的兩個柔性臂的中心位置。