现代光学干涉技术2.pdf

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1、6.1压电效应及非线性、迟滞效应；6.2一维压电扫描系统；6.3蠕动、冲击式压电直线电机；6.4多维扫描柔性铰链压电系统；6.1压电效应及应用（1）粗、细调一般采用机械螺旋转动、机电式步进驱动，或能够动较大范围的压电驱动结构。（2）微逼近一般采用压电晶体、电致伸缩器件。特点：•压电晶体位移器体积小；一维压电扫描器件•分辨率高；•频率响应高；•并且不发热，无噪声。已经广泛应用于航空航天微电子、精密加工测量等许多领域。利用压电陶瓷做驱动器件的行走机构，结构简单，体积较小，动作灵活，机构具有微米级的运动精度，工作状况稳定。压电与电致伸缩效应－机电藕合效应2SdEME2dE－压电效应

2、，ME－电致伸缩效应。E-电场（V/m）；d-压电系数（m/V）22S-应变；M－电致伸缩系数（mV）微位移器：利用逆压电效应－电介质在外电场作用下，产生应变，应变的大小与电场大小成正比，应变方向随电场方向而改变。注：压电效应－电介质在机械应力作用力产生电极化，其电极化大小与应力成正比，方向随应力方向而改变。1）压电体的非线性加压后实际位移曲线不是线性的，给采样和定位带来误差，最大的非线性误差为Y/Y（2%~25%），根据材料的不同而变化。2）迟滞效应加压和减压后，压电体变形曲线的路径不同，Y/Ymax可高于20%。其将影响采样数据点的位置变化，影响重复性。所以采样扫描中可选

3、择单向扫描。6.2一维压电扫描系统l筒状：lVdbb－管壁厚；ll－管长；V-电压单片：lVd压电迭堆：lnVdn—片数。筒状l压电叠堆+-单片6.3蠕动、冲击式压电直线电机1).蠕动式:根据仿生学的蠕动原理，蠕动体要由基本的三个部分组成：头部、尾部、躯体。自行走机构结构示意图，由三个主要部件构成：两个模拟头部和尾部的电磁脚M1,M2。一个可伸缩的压电陶瓷驱动器。压电陶瓷驱动器是实现行走的能动部件。当外加电场时，轴上每片的变形量为：ldV33lNdVN层陶瓷片的总变形量为：33两个完全相同的电磁铁，承担头部和尾部的运动，样品PZT+M1M2-电磁铁

4、样品PZT+M1M2M1、M2通电时，吸附于行走表面；-M1、M2断电时，松开。两个电磁铁的线圈交替通电。当驱动器电磁铁通电伸长的时段内，磁脚1通电吸附而磁V1脚2断电松开，驱动器3与两个磁脚三部分的相位关系如图：加压吸附，减压放松。V2•M1加压，Vp加压伸长推动M2，则右进一步。VP•M1减压，Vp下降，M2加压吸住，M1则右进一步，步距角

5、M3VP2M1永磁体永磁体abca.VP1加压伸长，F1〈F2+F3，M1，M2、M3为基不动。b.VP1减压受缩，VP2加压伸长，F2〈F1+F3，M1、M3为基不动，M2c.VP2减压受缩，M1、M2为基不动，VP2减压受缩，F3〈F1+F2，M3。上述过程使微动持续循环。3）压电冲击式步进逼近驱动技术步进可控（nm~m）100步/秒M——主质量块，置于平台上；m——小质量块，（配重）；样品PZT+F1——系统运动时所受阻力。Mm原理：压电体在所加电压Vt的驱动下，以-一定的加速度伸缩，配重对主质量导轨块产生冲击，当冲击力>F1时，则系统被驱动。由tt31VPF

6、ma推理ma(t)F1加速度a(t)须满足条件tt1t2t3F1a(t)(1)m可靠地单向运动。压电体加电压Vp时的位移量l样品PZT+lkVp(2)Mmk压电结构及压电常数决定；-压电迭堆：lndVpkVp33dVp导轨速度：v(t)k(3)dt水平移动的系统2dVp加速度：a(t)k(4)2F1(Mm)gdtF1由（1）式得：a(t)(1)摩擦系数；g重力加速度，md2VpF1由（1）（5）（6）式得a(t)k(5)2Mdtma(t)(1)(7)在此条件下系统被驱动，mM的运动加速度ma(t)a(t)g(8)Mma(t

7、)F1Mma(t)(6)M便于选择参数和优化。Mm6.4多维扫描柔性铰链压电系统（1）压电扫描器1）三角形架图：三根棱柱相互正交结合，响应可达1.5nm/V。Z方向移动，带动X、Y方向的运动，有交叉误差。2）四象限扫描器结构简单、刚度好，同样也有交叉误差。3）压电柔性铰链工作台三维扫描技术三维PZT（扫描）1）三角形架图：三根棱柱相互正交结合，响应可达1.5nm/V。微探针Z方向移动，带动X、Y方向的运动，有交叉误差。2）四象限扫描器结构简单、刚度好，同样也有交叉误差三维