CN103293339A - 一种嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管 - Google Patents

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侯玉斌
陆轻铀
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Abstract

本发明嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管，包括两个压电扫描管，其特征是所述两压电扫描管中的一个将另一个共轴地套于其内，并且在两头它们相互固定，内压电扫描管的四个外电极正对着外压电扫描管的四个外电极，内外两压电扫描管在它们的XYZ三个定位方向上都以力学并联电学也并联的方式连接，即：同一形变信号驱动内外两压电扫描管都沿相同方向形变。本发明使得压电扫描管的有效壁厚和刚性大大增强，固有频率提高，不易受外振动和噪声等的干扰而影响成像质量，同时其推力、负载能力和扫描速度也得到提高。

Description

一种嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管
技术领域
本发明涉及一种压电扫描管，特别涉及一种嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管，属于压电定位器技术领域。
背景技术
扫描探针显微镜(scanning probe microscope，简称SPM)以其原子、甚至亚原子的真实空间分辨能力而成为纳米技术、原子操纵、量子调控、分子生命科学、材料和表面催化化学等众多重要科技战略领域的关键工具。其核心部件是一个能够带动探针相对于样品表面做扫描运动的XYZ三方向(三维)定位的压电定位器(piezoelectric positioner)。多年来一直流行的这种压电定位器为外电极四象限均匀分割的压电扫描管(piezoelectric tube scanner)。该压电扫描管的缺点是：(1)壁很薄(加厚则定位范围就小了)，导致固有频率低，易受到外界振动、声音等干扰的影响，导致成像质量差；(1)薄壁就易碎，难以在压电扫描管上对样品做切割原位处理，(3)薄壁导致推力小，带动不了较大的负载扫描，(4)固有频率低也导致最快扫描速度不高。
在本发明中，我们把两个压电扫描管以形变方向相同的方式嵌套放置并且在两头相互固定，形成一个高刚性的复合压电扫描管，虽然每个压电扫描管的厚度没有增加，但薄壁带来的问题解决了。
发明内容
本发明的目的：为了解决现有压电扫描管壁薄带来的刚性差、易受外振动干扰等问题，提出一种嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管。
本发明实现上述目的的技术方案是：
本发明嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管，包括两个压电扫描管，其特征是所述两压电扫描管中的一个将另一个共轴地套于其内，并且在两头它们相互固定，内压电扫描管的四个外电极正对着外压电扫描管的四个外电极，内外两压电扫描管以力学并联电学也并联的方式连接，即：同一形变信号驱动内外两压电扫描管都沿相同方向形变。
本发明嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管的结构特点也于：
所述的两压电扫描管各自的内电极也是四电极结构，分别正对着各自的外电极。
所述的两压电扫描管的极化方向相反。
所述的两压电扫描管的材料相同。
所述的两压电扫描管的长度相同。
本发明的工作原理为：所述两压电扫描管为共轴嵌套结构且在两头它们相互固定，这等价于一个厚壁的压电管，其有效厚度近似等价于外压电扫描管外径与内压电扫描管内径之间的壁厚，这比双倍的单管壁厚还厚，刚性大大增强；而内压电扫描管的四个外电极正对着外压电扫描管的四个外电极，内外两压电扫描管以力学并联电学也并联的方式连接，也保证了两压电扫描管总是方向一致地形变、扫描，形同一个压电扫描管，只是推力更大、刚性更强，这就实现了本发明的目的。
根据上述工作原理可以看出，本发明的有益效果体现在：
在总尺寸不变的情况下解决了现有技术中单压电扫描管的薄壁问题以及由此带来的一系列问题，有效壁厚大大增加，刚性更强，更坚固，固有频率增加，响应更快(最快扫描速度得到提高)，不易受外振动、声音等的干扰，成像质量更好。
附图说明
图1是本发明嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管结构示意图。
图中标号：1压电扫描管之一、2压电扫描管之二、3在一头的两压电扫描管之间的固定、4在另一头的两压电扫描管之间的固定。
以下通过具体实施方式和结构附图对本发明作进一步的描述。
具体实施方式
实施例1：基本型嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管
参见附图1，本实施例基本型嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管，包括两个压电扫描管1、2，其特征是所述两压电扫描管中的一个1将另一个2共轴地套于其内，并且在两头它们相互固定3、4，内压电扫描管2的四个外电极正对着外压电扫描管1的四个外电极(图1中未画出电极)，内外两压电扫描管1、2在它们的XYZ三个定位方向上都以力学并联电学也并联的方式连接，即：同一形变信号驱动内外两压电扫描管1、2都沿相同方向形变。
本实施例的原理为：所述两压电扫描管1、2为共轴嵌套结构且在两头它们相互固定3、4，这等价于一个厚壁的压电管，其有效厚度近似等价于外压电扫描管1外径与内压电扫描管2内径之间的壁厚，这比双倍的单管壁厚还厚，刚性大大增强；而内压电扫描管2的四个外电极正对着外压电扫描管1的四个外电极，内外两压电扫描管1、2在它们的XYZ三个定位方向上都以力学并联电学也并联的方式连接，即：同一形变信号驱动内外两压电扫描管1、2都沿相同方向形变，也保证了两压电扫描管1、2总是方向一致地形变、扫描，形同一个压电扫描管，只是推力更大、刚性更强，这就实现了本发明的目的。
实施例2：内电极也为四电极型嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管。
上述实施例1中的两压电扫描管1、2各自的内电极也是四电极结构，分别正对着各自的外电极。
实施例3：反向极化型嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管
上述实施例中的两压电扫描管1、2的极化方向相反。这使得外压电扫描管1的四个内电极可以直接与其分别所正对的内压电扫描管2的外电极相连，而外压电扫描管1的四个外电极可以与其分别所正对的内压电扫描管2的内电极相连，实现内外两压电扫描管1、2之间的力学并联和电学并联。这简化了连接。
实施例3：等长度型嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管
上述实施例中的两压电扫描管1、2的长度相同。这使得在两头内外压电扫描管1、2之间的固定3、4变得容易。

Claims (5)

1.一种嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管，包括两个压电扫描管，其特征是所述两压电扫描管中的一个将另一个共轴地套于其内，并且在两头它们相互固定，内压电扫描管的四个外电极正对着外压电扫描管的四个外电极，内外两压电扫描管在它们的XYZ三个定位方向上都以力学并联电学也并联的方式连接，即：同一形变信号驱动内外两压电扫描管都沿相同方向形变。
2.根据权利要求1所述的嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管，其特征是所述的两压电扫描管各自的内电极也是四电极结构，分别正对着各自的外电极。
3.根据权利要求2所述的嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管，其特征是所述的两压电扫描管的极化方向相反。
4.根据权利要求1或2或3所述的嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管，其特征是所述的两压电扫描管的材料相同。
5.根据权利要求1或2或3所述的嵌套双压电扫描管共同扫描的复合压电扫描管，其特征是所述的两压电扫描管的长度相同。
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