[发明专利]无轴向位移的压电二维快反镜及驱动和偏转角度测量方法

说明书

本发明一种无轴向位移的压电二维快反镜及驱动和偏转角度测量方法，利用逆压电效应，以压电堆为驱动元件，采用了两种位移放大机构，以及双轴解耦的柔性铰链虎克铰，驱动镜拖带着镜面偏转。在压电堆表面粘贴应变片，通过应变电桥输出间接测量二维偏转的角度，内嵌电路支持远距离信号传输。两种位移放大机构内嵌同规格压电堆，工作方向为短边方向。其中一种是通电后随着电压升高，工作方向位移增大，另一种则在工作方向上位移减小。通过结构设计，一个电压可实现两个位移作动器同时等量收缩和伸长。两种位移放大机构相对安装在同一个偏转轴下，两压电堆并联，随着电压从零增大，所驱动的反射镜从零开始，偏角逐渐增大且镜面在偏转过程中无轴向位移。

技术领域

本发明属于光束控制领域，具体涉及一种无轴向位移的压电二维快反镜及驱动和偏转角度测量方法。

背景技术

压电快反镜机构结构紧凑、体积小可实现光束的高精度、高带宽控制，在精密加工、生物工程、激光通信等领域有广泛应用。目前国内外主流的压电快反镜机构主要是以差分驱动方式工作，即在偏转之前，快反镜机构内部的压电堆总体伸长到中间某一个位置，表现为镜面整体提沿轴向抬高。偏转镜沿轴向的移动往往会改变原有光路的设计。通过控制电压在中间点电压上下变化，实现镜面在中间点附近偏转。以德国PI二维偏转机构为例，压电快反镜在差分驱动时，需要在驱动轴下两个压电陶瓷上施加三种电压，即0V和100V固定电压以及X轴控制输入电压和Y轴控制输入电压。供电种类较多，而且往往对上电顺序有比较的严格要求，否则会容易造成压电堆的损伤。现有的快反镜机机构采用应变测量的方式测量快反镜的偏角，应变电桥信号线普遍较短，长距离传输时测量噪声会明显增大导致控制精度会明显降低。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种无轴向位移的压电二维快反镜及驱动和偏转角度测量方法，该压电二维快反镜具有工作时无轴向位移、驱动电压形式安全简单，测量信号可实现较远距离传输的特点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无轴向位移的压电二维快反镜，包括反射镜片1，用于安装反射镜片的镜托2，第一位移放大机构3，第一表面贴应变片的压电堆4，第二位移放大机构6，第二表面贴应变片的压电堆5，第三位移放大机构9，第三表面贴应变片的压电堆10，第四位移放大机构12，第四表面贴应变片的压电堆11,安装底座7，应变信号处理电路8；

所述第一位移放大机构3，第二位移放大机构6，第三位移放大机构9，第四位移放大机构12安装在安装底座7上，相邻90°安装；应变信号处理电路8安装在安装底座7上表面中部；

所述第一位移放大机构3，第二位移放大机构6，第三位移放大机构9，第四位移放大机构12顶部为双向柔性导向的虎克铰；第一位移放大机构3和第二位移放大机构6近似为菱形结构。第三位移放大机构9和第四位移放大机构12近似为六边形且上下两个顶点内凹；

所述第一表面贴应变片的压电堆4安装在第一位移放大机构3内，沿长轴方向布置；第二表面贴应变片的压电堆5安装在第二位移放大机构6内，沿长轴方向布置；第三表面贴应变片的压电堆10安装在第三位移放大机构9内，沿长轴方向布置；第四表面贴应变片的压电堆11安装在第四位移放大机构12内，沿长轴方向布置；所述第一位移放大机构3和第二位移放大机构6结构形式和工作原理相同，相邻安装；表现为当压电堆通电且电压逐渐升高时，压电堆伸长并驱动位移放大机构沿长轴方向伸长，同时在位移放大机构的短轴方向，即安装方向表现为数倍放大的位移的收缩；第三位移放大机构9，第四位移放大机构12结构形式和工作原理相同，相邻安装；表现为当压电堆通电且电压逐渐升高时，压电堆伸长并驱动位移放大机构沿长轴方向伸长，同时在位移放大机构的短轴方向，即安装方向表现为数倍放大的位移的伸长；

所述第一表面贴应变片的压电堆4和第一位移放大机构3组成第一位移作动器，第二表面贴应变片的压电堆5和第二位移放大机构6组成第二位移作动器，第三表面贴应变片的压电堆10和第三位移放大机构9组成第三位移作动器，第四表面贴应变片的压电堆11和第四位移放大机构12组成第四位移作动器；