[发明专利]一种基于二级桥式位移放大器的二维快速偏转装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光束控制技术领域，具体涉及一种基于二级桥式位移放大器的大角位移二维快速偏转装置及方法。

技术背景

近年来随着微电子技术、生物工程、航天工程等学科的迅速发展，二维快速偏转反射镜在天文望远镜、图像稳定、军用目标扫描探测、跟踪、瞄准，以及航天器精确指向以及激光通信得到了广泛应用，并发挥着日益重要的作用。

目前广泛采用音圈电机作动来实现二维偏转的装置具有尺寸偏大、功耗高、发热严重、有电磁干扰、尺寸大且谐振频率低等缺点。压电作动器具有尺寸小、重量轻、功耗低、输出力大、发热小，响应快的特点。柔性铰链的具有结构紧凑，无机械摩擦，传动精度高等特点。目前基于压电材料直接驱动的快速偏转装置往往具有偏转范围小的缺点。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于二级桥式位移放大器的二维快速偏转装置及方法，该结构除角位移大之外，还具有结构紧凑，精度高，功耗低等特点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于二级桥式位移放大器的二维快速偏转装置，包括与立柱为一体设计固定在底座1上并且位于XOY平面内的十字形偏转体8，以及位于十字形偏转体8下方分布在立柱相对两侧的XOZ平面内的第一驱动机构4和第三驱动机构9，位于十字形偏转体8下方分布在立柱另外相对两侧的YOZ平面内的第二驱动机构7和第四驱动机构12；所述第一驱动机构4、第二驱动机构7、第三驱动机构9以及第四驱动机构12是基于压电陶瓷的二级桥式位移放大机构；所述十字形偏转体8的底面与四个驱动机构的顶端始终保持接触；十字形偏转体8上根据需要安装不同规格的反射用镜片。

所述第一驱动机构4包括第一二级桥式位移放大机构2，安装在第一二级桥式位移放大机构2内部的第一级桥式位移放大器长轴内的第一压电堆3；所述第一二级桥式位移放大机构2的长轴与其内部的第一级桥式位移放大器的短轴同轴，第一二级桥式位移放大机构2的短轴顶部与十字形偏转体8的底面始终保持接触；所述第二驱动机构7、第三驱动机构9和第四驱动机构12的结构与第一驱动机构4的结构相同。

所述的基于二级桥式位移放大器的二维快速偏转装置的偏转方法：位于X和Y轴下的两对驱动机构相互独立；当X轴下的第一压电堆3和第三压电堆10在差分电压作用下，沿轴向输出差分形式位移时，在二级桥式位移放大器的作用下，沿Z方向产生数倍于压电堆的差分形式输出位移，从而，驱动十字形偏转体8实现Y轴方向的偏转；同理，Y轴下的驱动机构能够实现十字形偏转体8沿X轴方向的偏转；由于X运动和Y运动无耦合，从而，当两对驱动机构同时工作时，能够实现十字形偏转体8高精度连续的大范围的二维偏转。

本发明与现有技术相比较，具备以下优点：

本发明克服了压电材料直接驱动输出位移小的特点，采用二级桥式位移放大器来驱动并产生较大作动位移，可实现大范围的偏转角度，与同等角位移输出的情况下有体积小、重量轻、功耗小、驱动力大、作动精度高可驱动大尺寸镜片等特点。

附图说明

图1为本发明偏转装置结构图。

图2为单轴偏转示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明基于二级桥式位移放大器的二维快速偏转装置，包括与立柱为一体设计固定在底座1上并且位于XOY平面内的十字形偏转体8，以及位于十字形偏转体8下方分布在立柱相对两侧的XOZ平面内的第一驱动机构4和第三驱动机构9，位于十字形偏转体8下方分布在立柱另外相对两侧的YOZ平面内的第二驱动机构7和第四驱动机构12；所述第一驱动机构4、第二驱动机构7、第三驱动机构9以及第四驱动机构12是基于压电陶瓷的二级桥式位移放大机构；所述十字形偏转体8的底面与四个驱动机构的顶端始终保持接触；十字形偏转体8上根据需要安装不同规格的反射用镜片；第一驱动机构4、第二驱动机构7、第三驱动机构9和第四驱动机构12以及连接十字形偏转转体8的立柱均固定在基座1上。

如图1所示，所述第一驱动机构4包括第一二级桥式位移放大机构2，安装在第一二级桥式位移放大机构2内部的第一级桥式位移放大器内长轴方向的第一压电堆3；所述第一二级桥式位移放大机构2的长轴与其内部的第一级桥式位移放大器的短轴同轴，第一二级桥式位移放大机构2的短轴顶部与十字形偏转体8的底面始终保持接触；所述第二驱动机构7、第三驱动机构9和第四驱动机构12的结构与第一驱动机构4的结构相同。