微動力的調節實驗裝置製造方法
2023-11-08 08:14:17 2
微動力的調節實驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種微動力的調節實驗裝置，包括微動力構件（501）、定位調整系統、傳感器系統以及控制系統；所述定位調整系統上設置微動力構件（501）；所述微動力構件（501）內設置傳感器系統；所述控制系統與傳感器系統之間信號相連接。
【專利說明】微動力的調節實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種微動力的調節實驗裝置，尤其涉及一種基於超磁致伸縮材料與壓電陶瓷材料耦合型微力源的微動力的調節實驗裝置。
【背景技術】
[0002]當前，微機電系統的發展極為迅速，但也存在一些技術瓶頸。
[0003]微機電系統技術面臨的主要問題之一就是微裝配技術；大多數微機電系統由不同材料和不同加工方法的微小零件組成，隨著零件的不斷微小化，微系統的加工、裝配的難度越來越高。
[0004]而在零件的運輸、加工及裝配等過程中，因為機械損壞和熱變形損壞而報廢的零件佔了很大的比重，尤其是對機械接觸力或熱量非常敏感的零件進行操作時，這些零件在受到較小的作用力或熱量時，就會產生變形或破碎，嚴重影響產品的質量和產量，也使其生產成本大大提高。
[0005]為解決微操作過程中遇到的困難，研究人員已提出多種微力的驅動形式，如基於靜電力、電磁力、壓電作用、熱膨脹和形狀記憶合金等工作機理的微力驅動器等，但是這些針對微操作的解決方法各有利弊，均不能很好的解決微操作過程中遇到的困難；為了更好的利用功能材料實現更完善的微力驅動形式，一種思路是將不同的功能材料進行複合，利用其各自的優點以達到更好的微力驅動效果；如超磁致伸縮材料與壓電材料相耦合，利用超磁致伸縮材料的逆磁致伸縮效應與壓電材料的壓電逆效應製作微動力構件，可以使微力的輸出更加的精確與恆定。
[0006]然而，基於該原理的微動力裝置由於其特殊的原因，無法使用現有的測試裝置進行微動力特性測試，繼而無法完全掌握其特性；而現有的其他微動力測試裝置又由於其測試對象構造原理等原因，完全無法對以上所述的微動力裝置進行相應的特性測試，所以亟須一種新型的微動力測試裝置針對上述新型的微動力裝置進行相應的特性測試，以促進該種新型的微動力裝置的發展及應用。
實用新型內容
[0007]本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單的微動力的調節實驗裝置。
[0008]為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種微動力的調節實驗裝置，包括微動力構件、定位調整系統、傳感器系統以及控制系統；其特徵是:所述定位調整系統上設置微動力構件；所述微動力構件內設置傳感器系統；所述控制系統與傳感器系統之間信號相連接。
[0009]作為對本實用新型所述的微動力的調節實驗裝置的改進:所述定位調整系統包括實驗臺支架，實驗臺支架上設置有滾珠絲槓組件I，所述滾珠絲槓組件I的升降臺調整螺杆豎直固定在實驗臺支架上，所述升降臺調整螺杆上的滾珠絲槓螺母I上設置有升降工作檯；所述升降工作檯的正上方設置微動力構件；相對應於微動力構件，在實驗臺支架上設置有微動力構件夾緊機構。
[0010]作為對本實用新型所述的微動力的調節實驗裝置的進一步改進:所述微動力構件夾緊機構為雙螺旋自定心夾緊機構，包括夾緊鉗和滾珠絲槓組件II ;滾珠絲槓組件II包括夾緊鉗調整螺杆和滾珠絲槓螺母組；所述夾緊鉗調整螺杆由兩段旋向相反的螺杆通過聯軸器連接而成，滾珠絲槓螺母組由兩個旋向相反的滾珠絲槓螺母II構成，所述兩個滾珠絲槓螺母II分別設置在兩段旋向相反的螺杆上；兩個滾珠絲槓螺母II上分別設置夾緊鉗，通過夾緊鉗夾持微動力構件。
[0011]作為對本實用新型所述的微動力的調節實驗裝置的改進:所述微動力構件包括固定軛和移動軛，所述固定軛和移動軛之間設置有氣隙；所述固定軛分為左、右兩部分，所述左、右兩部分固定軛之間分別通過相互平行的超磁致伸縮薄片和永磁鐵相互連接；所述超磁致伸縮薄片的正、反兩面分別設置有壓電陶瓷薄片，所述正、反兩面的壓電陶瓷薄片上分別設置有電極；所述左、右兩端的固定軛分別被夾緊鉗夾持。
[0012]作為對本實用新型所述的微動力的調節實驗裝置的改進:所述傳感器系統包括微位移傳感器、磁路I拾磁環、溫度傳感器、粘貼式應變計、磁路II拾磁環、微力傳感器和壓力傳感器；所述移動軛的正下方設置微力傳感器；所述固定軛和移動軛之間的氣隙內設置微位移傳感器；所述超磁致伸縮薄片的側面分別設置溫度傳感器和粘貼式應變計，磁路I拾磁環套在超磁致伸縮薄片上；移動軛的導磁柱上套裝磁路II拾磁環；所述左、右兩端的固定軛與夾緊鉗之間設置壓力傳感器。
[0013]作為對本實用新型所述的微動力的調節實驗裝置的改進:所述控制系統包括信號放大器、信號綜合分析控制器、計算機、信號發生器、功率放大器以及驅動電源；所述信號放大器、信號綜合分析控制器、計算機、信號發生器、功率放大器以及驅動電源順次連接；所述微位移傳感器、磁路I拾磁環、溫度傳感器、粘貼式應變計、磁路II拾磁環、微力傳感器以及壓力傳感器分別與信號放大器信號連接；所述驅動電源分別與壓電陶瓷薄片正、反兩側上的電極電連接。
[0014]作為對本實用新型所述的微動力的調節實驗裝置的改進:所述夾緊鉗調整螺杆和升降臺調整螺杆上均設置有限位擋環。
[0015]作為對本實用新型所述的微動力的調節實驗裝置的改進:所述信號綜合分析控制器包括依次信號連接的數據採集卡、模數轉換器、單片機以及數模轉換器；所述單片機與數模轉換器之間設置有光耦隔離器。
[0016]本實用新型適用於微動力控制的實驗研究，尤其是基於超磁致伸縮材料與壓電陶瓷材料相耦合的微動力構件，其微力範圍在毫牛頓級之內的多場耦合控制的實驗研究。它具有操作簡單，調整方便，適用範圍廣，可以根據實驗的需要測量不同變量對微力的影響，可靈活應用於不同尺寸的微力構件等特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0018]圖1為實驗臺正面結構示意圖；
[0019]圖2為實驗臺背面結構示意圖；
[0020]圖3為傳感器分布位置示意圖；[0021]圖4為微動力構件使用原理結構示意圖；
[0022]圖5為控制系統的主要結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例1、圖1?圖5給出了一種微動力的調節實驗裝置，包括用於調節試驗的微動力構件501，用於微動力構件501的定位與調整的定位調整系統，用於獲取微動力構件501的試驗數據的傳感器系統，用於控制微動力構件501以及傳感器系統數據讀取的控制系統。
[0024]定位調整系統包括實驗臺支架101、升降工作檯102、夾緊鉗109、頂板104、夾緊鉗調整螺杆103、升降臺調整螺杆105、光槓201、直線軸承202、滾珠絲槓螺母I 204、滾珠絲槓螺母組II 107、螺釘組I 203、螺釘組II 106、螺釘組III108 ;傳感器系統包括微位移傳感器301、磁路I拾磁環302、溫度傳感器303、粘貼式應變計304、磁路II拾磁環305、微力傳感器306以及壓力傳感器307 ;微動力構件501包括超磁致伸縮薄片402、壓電陶瓷薄片403、永磁鐵404、固定軛405、移動軛407、電極401以及氣隙406 ;控制系統包括信號放大器502、信號綜合分析控制器503、計算機504、信號發生器505、功率放大器506以及驅動電源507。
[0025]實驗臺支架101上方為工作檯支架110 (實驗臺支架101與工作檯支架110整體構造)，工作檯支架110的上方為設置有頂板104(頂板104通過螺釘組II 106與工作檯支架110的上端相互固定);在實驗臺支架101上設置珠絲槓組件I，珠絲槓組件I由升降臺調整螺杆105和滾珠絲槓螺母I 204構成；實驗臺支架101上豎直固定升降臺調整螺杆105，升降臺調整螺杆105的上端通過擋塊II 206固定(通過擋塊II 206將升降臺調整螺杆105與頂板104夾緊)在頂板104上，擋塊II 206通過螺釘組VI 205與頂板104固定連接；升降臺調整螺杆105兩側的實驗臺支架101上設置有與升降臺調整螺杆105相互平行的光槓201，光槓201通過頂板104壓緊後，再通過螺釘組II 106將頂板104和實驗臺支架101相互固定；設置在升降臺調整螺杆105上的滾珠絲槓螺母I 204通過螺釘組I 203固定升降工作檯102 (升降工作檯102通過方孔套裝在工作檯支架110上)，升降工作檯102內設置直線軸承202，直線軸承202套裝在光槓201上，通過光槓201增加升降工作檯102升、降的時候的穩定性；升降工作檯102的正上方設置微動力構件501，相對應於微動力構件501，在工作檯支架HO上設置微動力構件夾緊機構，微動力構件夾緊機構為雙螺旋自定心夾緊機構，由夾緊鉗109和滾珠絲槓組件II構成；滾珠絲槓組件II包括夾緊鉗調整螺杆103和設置在夾緊鉗調整螺杆103上的滾珠絲槓螺母組107，夾緊鉗調整螺杆103由兩段旋向相反的螺杆通過聯軸器連接而成；滾珠絲槓螺母組107由兩個旋向相反的滾珠絲槓螺母II構成；兩個旋向相反的滾珠絲槓螺母II分別設置在兩段旋向相反的螺杆上；夾緊鉗109分為左、右兩部分，並分別設置在兩個旋向相反的滾珠絲槓螺母II上；夾緊鉗調整螺杆103通過擋塊I 111器固定在工作檯支架110 (擋塊I 111卡緊夾緊鉗調整螺杆103)上，擋塊I 111再通過螺釘組IV 112固定在工作檯支架110上。
[0026]微動力構件501包括固定軛405和移動軛407，固定軛405和移動軛407之間設置有氣隙406 ;固定軛405分為左、右兩部分,左、右兩部分固定軛405之間分別通過相互平行的超磁致伸縮薄片402和永磁鐵404相互連接；通過超磁致伸縮薄片402、永磁鐵404以及超磁致伸縮薄片402和永磁鐵404之間的左、右兩部分固定軛405形成磁路I，再通過移動軛407和超磁致伸縮薄片402和永磁鐵404之外的左、右兩部分固定軛405形成磁路II ;超磁致伸縮薄片402的正、反兩面分別黏貼有壓電陶瓷薄片403，兩片壓電陶瓷薄片403上分別設置有電極401 ;左、右兩端的固定軛405分別被夾緊鉗109夾持。
[0027]移動軛407的正下方設置有微力傳感器306,微力傳感器306用來測量動軛405所受的微力；固定軛405和移動軛407之間的氣隙406上設置微位移傳感器301,微位移傳感器301用來測量動軛的微小位移量；磁路I拾磁環302套在超磁致伸縮薄片402上，超磁致伸縮薄片402的前側面或者後側面分別設置溫度傳感器303和粘貼式應變計304，超磁致伸縮薄片拾磁環302用來測量高頻激勵時超磁致伸縮片402中的磁通變化量，溫度傳感器303用來測量超磁致伸縮片402的工作溫度，粘貼式應變計304用來測量超磁致伸縮片402的應變量；移動軛407的導磁柱上套裝磁路II拾磁環305，磁路II拾磁環305用來測量高頻激勵時磁路II中的磁通變化量；左、右兩端的固定軛405與夾緊鉗109之間設置壓力傳感器307，壓力傳感器307用來測量夾緊鉗109的夾緊力。
[0028]信號放大器502、信號綜合分析控制器503、計算機504、信號發生器505、功率放大器506以及驅動電源507順次連接；微位移傳感器301、磁路I拾磁環302、溫度傳感器303、粘貼式應變計304、磁路II拾磁環305、微力傳感器306以及壓力傳感器307分別與信號放大器502(相對於微位移傳感器301、磁路I拾磁環302、溫度傳感器303、粘貼式應變計304、磁路II拾磁環305、微力傳感器306以及壓力傳感器307分別設置相應的信號放大器502)信號連接；驅動電源507分別與正、反兩面壓電陶瓷薄片403上的電極401電連接。
[0029]夾緊鉗調整螺杆103和升降臺調整螺杆105上均設置有限位擋環，通過限位擋環進行夾緊鉗調整螺杆103和升降臺調整螺杆105的軸向定位。信號綜合分析控制器503中內置依次信號連接的數據採集卡、模數轉換器、單片機以及數模轉換器；單片機和數模轉換器之間設置有光耦隔離器，通過光耦隔離器可以提高信號綜合分析控制器503的抗幹擾能力；數據採集卡採集微位移傳感器301、磁路I拾磁環302、溫度傳感器303、粘貼式應變計304、磁路II拾磁環305、微力傳感器306以及壓力傳感器307的採集信號(為模擬信號)，再通過模數轉換器將這些模擬信號轉換成數位訊號，並將數位訊號輸入到單片機進行數據處理，通過數據處理後的信息通過數模轉換器重新轉換成模擬信號輸出到計算機504。
[0030]以上所述的微位移傳感器301、溫度傳感器303、粘貼式應變計304、微力傳感器306、壓力傳感器307、信號放大器502、信號綜合分析控制器503中各組成器件、計算機504、信號發生器505、功率放大器506以及驅動電源507均為市購獲得。
[0031]實際使用的時候，步驟如下:
[0032]通過超磁致伸縮薄片402、永磁鐵404以及超磁致伸縮薄片402和永磁鐵404之間的左、右兩部分固定軛405形成磁路I，再通過移動軛407和超磁致伸縮薄片402和永磁鐵404之外的左、右兩部分固定軛405形成磁路II ;計算機504發出控制信號，控制信號依次經過信號發生器505和功率放大器506後，控制驅動電源507通過電極401給壓電陶瓷薄片403提供高壓電；
[0033]通過微位移傳感器301、磁路I拾磁環302、溫度傳感器303、粘貼式應變計304、磁路II拾磁環305、微力傳感器306以及壓力傳感器307記錄微動力構件501內的各種數據，再將記錄的數據依次通過信號放大器502以及信號綜合分析控制器503輸入到計算機504中，由計算機504進行最終的參數顯示；[0034]通過此時顯示的參數，計算機504可以發出各種實驗指令，實驗指令分別依次通過信號發生器505、功率放大器506以及驅動電源507傳遞到微動力構件501，再由微動力構件501內的微位移傳感器301、磁路I拾磁環302、溫度傳感器303、粘貼式應變計304、磁路II拾磁環305、微力傳感器306以及壓力傳感器307獲得新一輪的各種數據。
[0035]通過以上所述的多次試驗，就能獲得較多的相關數據，即達到微動力的調節實驗的試驗目的。
[0036]最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的一個具體實施例。顯然，本實用新型不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.微動力的調節實驗裝置，包括微動力構件(501)、定位調整系統、傳感器系統以及控制系統；其特徵是:所述定位調整系統上設置微動力構件(501)； 所述微動力構件(501)內設置傳感器系統； 所述控制系統與傳感器系統之間信號相連接。
2.根據權利要求1所述的微動力的調節實驗裝置，其特徵是:所述定位調整系統包括實驗臺支架(101)，實驗臺支架(101)上設置有滾珠絲槓組件I，所述滾珠絲槓組件I的升降臺調整螺杆(105)豎直固定在實驗臺支架(101)上，所述升降臺調整螺杆(105)上的滾珠絲槓螺母I (204)上設置有升降工作檯(102);所述升降工作檯(102)的正上方設置微動力構件(501);相對應於微動力構件(501)，在實驗臺支架(101)上設置有微動力構件夾緊機構。
3.根據權利要求2所述的微動力的調節實驗裝置，其特徵是:所述微動力構件夾緊機構為雙螺旋自定心夾緊機構，包括夾緊鉗(109)和滾珠絲槓組件II ； 滾珠絲槓組件II包括夾緊鉗調整螺杆(103)和滾珠絲槓螺母組(107)； 所述夾緊鉗調整螺杆(103)由兩段旋向相反的螺杆通過聯軸器連接而成，滾珠絲槓螺母組(107)由兩個旋向相反的滾珠絲槓螺母II構成，所述兩個滾珠絲槓螺母II分別設置在兩段旋向相反的螺杆上； 兩個滾珠絲槓螺母II上分別設置夾緊鉗(109)，通過夾緊鉗(109)夾持微動力構件(501)。
4.根據權利要求3所述的微動力的調節實驗裝置，其特徵是:所述微動力構件(501)包括固定軛(405 )和移動軛(407 )，所述固定軛(405 )和移動軛(407 )之間設置有氣隙(406 ); 所述固定軛(405)分為左、右兩部分，所述左、右兩部分固定軛(405)之間分別通過相互平行的超磁致伸縮薄片(402)和永磁鐵(404)相互連接； 所述超磁致伸縮薄片(402)的正、反兩面分別設置有壓電陶瓷薄片(403)，所述正、反兩面的壓電陶瓷薄片(403)上分別設置有電極(401)； 所述左、右兩端的固定軛(405)分別被夾緊鉗(109)夾持。
5.根據權利要求4所述的微動力的調節實驗裝置，其特徵是:所述傳感器系統包括微位移傳感器(301)、磁路I拾磁環(302)、溫度傳感器(303)、粘貼式應變計(304)、磁路II拾磁環(305)、微力傳感器(306)和壓力傳感器(307)； 所述移動軛(407)的正下方設置微力傳感器(306)； 所述固定軛(405)和移動軛(407)之間的氣隙(406)內設置微位移傳感器(301)；所述超磁致伸縮薄片(402 )的側面分別設置溫度傳感器(303 )和粘貼式應變計(304 )，磁路I拾磁環(302)套在超磁致伸縮薄片(402)上； 移動軛(407)的導磁柱上套裝磁路II拾磁環(305)； 所述左、右兩端的固定軛(405)與夾緊鉗(109)之間設置壓力傳感器(307)。
6.根據權利要求5所述的微動力的調節實驗裝置，其特徵是:所述控制系統包括信號放大器(502)、信號綜合分析控制器(503)、計算機(504)、信號發生器(505)、功率放大器(506)以及驅動電源(507)； 所述信號放大器(502)、信號綜合分析控制器(503)、計算機(504)、信號發生器(505)、功率放大器(506)以及驅動電源(507)順次連接；所述微位移傳感器(301)、磁路I拾磁環(302)、溫度傳感器(303)、粘貼式應變計(304)、磁路II拾磁環(305)、微力傳感器(306)以及壓力傳感器(307)分別與信號放大器(502)信號連接； 所述驅動電源(507)分別與壓電陶瓷薄片(403)正、反兩側上的電極(401)電連接。
7.根據權利要求6所述的微動力的調節實驗裝置，其特徵是:所述夾緊鉗調整螺杆(103)和升降臺調整螺杆(105)上均設置有限位擋環。
8.根據權利要求7所述的微動力的調節實驗裝置，其特徵是:所述信號綜合分析控制器(503)包括依次信號連接的數據採集卡、模數轉換器、單片機以及數模轉換器； 所述單片機與 數模轉換器之間設置有光耦隔離器。
【文檔編號】G09B23/18GK203746301SQ201420093436
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月3日 優先權日:2014年3月3日
【發明者】徐愛群, 於海闊, 葛丁飛, 段福斌, 吳立軍, 楊禮康 申請人:浙江科技學院, 徐愛群