CN107238730A - 一种压电式高频振动台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压电式高频振动台，包括基座、第一压电叠堆以及台面，基座固定设置，第一压电叠堆叠置于基座之上，台面叠置于第一压电叠堆之上，还包括第二压电叠堆，第二压电叠堆叠置于基座之下或台面之上，第一压电叠堆与第二压电叠堆的相对面极性相反以使二者产生幅值相同，相位相反的运动。两组压电叠堆与台面连接的电极面为异性，与基座连接的电极面也为异性。同一条导线分别连接两组压电叠堆的异性输入端。受同一激励信号时，一组压电叠堆伸长，另一组收缩，即幅值相同，相位相差180°，采用压电叠堆并联设置的结构，使压电叠堆受恒定的压应力，降低台面失真度。

Description

一种压电式高频振动台
技术领域
本发明涉及属于振动计量校准领域，尤其涉及一种压电式高频振动台。
背景技术
高频振动台是高频振动基准的核心组成部分，与信号源、功率放大器等部分共同组成高频振动基准的激励部分。高频振动基准主要用于高频、纳米级振幅的振动测量。
目前较常用的高频振动台主要采用压电式原理，由压电晶体片粘结而成的压电叠堆固定在基座上，压电叠堆上部固定台面。此结构的特点是压电叠堆是由多片压电晶体片利用环氧树脂粘结而成，且压电叠堆与基座和台面也利用环氧树脂粘结固定，工作时，压电晶体片受拉、压交变应力的影响，易发生结构性的破坏。同时，环氧树脂随着时间和环境等因素会发生老化现象，从而影响高频振动台的性能，且环氧树脂硬度和固有频率较低，使高频振动台在工作过程中失真度大，在工作频段范围内产生谐振峰等缺点。
因此开发一种失真度小，无谐振峰，可靠性高的高频振动台成为业界长期以来渴望解决的难题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的发明目的在于提供一种压电式高频振动台，失真度小，无谐振峰，可靠性高，克服现有技术的不足，能够实现高频、纳米级振幅的振动测量。
为实现上述发明目的，本发明提供以下的技术方案：一种压电式高频振动台，包括基座、第一压电叠堆以及台面，所述基座固定设置，所述第一压电叠堆叠置于所述基座之上，所述台面叠置于所述第一压电叠堆之上，还包括第二压电叠堆，所述第二压电叠堆叠置于所述基座之下或所述台面之上，所述第一压电叠堆与所述第二压电叠堆的相对面极性相反以使二者产生幅值相同，相位相反的运动。
进一步的，所述压电叠堆包括压电晶体片和作为所述压电晶体片导电极的导电片，所述压电晶体片设置为至少两层，相邻压电晶体片的相对面极性相同。
进一步的，相邻压电晶体片的相对面共用同一导电片。
进一步的，所述基座、所述第一压电叠堆、所述台面以及所述第二压电叠堆通过外侧套设有绝缘套的预紧螺栓穿接固定。
进一步的，所述第二压电叠堆设于所述基座之下，所述预紧螺栓上端固定连接在所述台面，所述预紧螺栓头部位于所述第二压电叠堆之下。
进一步的，所述第二压电叠堆设于所述台面之上，所述预紧螺栓下端固定连接在所述基座，所述预紧螺栓头部位于所述第二压电叠堆之上。
进一步的，所述预紧螺栓头部与所述第二压电叠堆之间设有垫圈板，所述垫圈板横截面大于或等于所述第二压电叠堆横截面以使所述预紧螺栓的预紧力均匀分布于所述第二压电叠堆。
进一步的，包括一组或多组压电结构，每组压电结构包括竖直投影重叠的第一压电叠堆和第二压电叠堆，一组或多组压电结构产生的振动中心与台面中心同轴。
进一步的，所述台面为高刚度台面，其材料的弹性模量不小于100GPa。
进一步的，所述预紧螺栓为高强度钢螺栓，其抗拉强度不小于1GPa，所述垫圈板为高强度钢垫圈板，其抗拉强度不小于1GPa。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
(1)本发明公开的压电式高频振动台，通过设置第一压电叠堆和第二压电叠堆，二者同时连接台面和基座，且两组压电叠堆与台面连接的电极面为异性(一组为正极，另一组为负极)，与基座连接的电极面也为异性。同一条导线分别连接两组压电叠堆的异性输入端。受同一激励信号时，一组压电叠堆伸长，另一组收缩，即幅值相同，相位相差180°，采用压电叠堆并联设置的结构，使压电叠堆受恒定的压应力，降低台面失真度；
(2)本发明公开的压电式高频振动台，通过将压电晶体片设置为至少两层，相邻压电晶体片的相对面极性相同，使得压电晶体片的振动频率可以更快，相邻压电晶体片可以共用一片导电片。
(3)本发明公开的压电式高频振动台，通过使用预紧螺栓固定压电叠堆和台面，使压电叠堆受恒定的压应力，避免压电叠堆受拉应力而损坏。预紧螺栓外侧还设置绝缘套，绝缘套由绝缘材料制成，防止压电叠堆接触预紧螺栓而发生短路；
(4)本发明公开的压电式高频振动台，台面由高刚度材料制成，保证台面的频率响应，台面中心设置安装螺孔，用于安装被测物。
附图说明
图1是本发明较佳实施例之一的一种单柱型压电式高频振动台的结构示意图；
图2是本发明一较佳实施例中的一种压电叠堆反并联的结构示意图
图3是本发明较佳实施例之一的一种双柱型压电式高频振动台的结构示意图；
图4是本发明较佳实施例之一的三柱型压电式高频振动台的结构示意图
图5是本发明较佳实施例之一的四柱型压电式高频振动台的结构示意图
图6是本发明较佳实施例之一的六柱型压电式高频振动台的结构示意图。
其中，1、基座、2、第一压电叠堆；3、台面；4、第二压电叠堆；5、导线；6、功率放大器；7、信号源；8、绝缘套；9、预紧螺栓；10、垫圈板；11、压电晶体片；12、导电片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下为用于说明本发明的一较佳实施例，但不用来限制本发明的范围。
实施例一：
参见图1，如其中的图例所示，一种压电式高频振动台，包括基座1、第一压电叠堆2、台面3以及第二压电叠堆4，基座1固定设置，第一压电叠堆2叠置于基座1之上，台面3叠置于第一压电叠堆1之上，第二压电叠堆4叠置于基座1之下，第一压电叠堆2与第二压电叠堆4的相对面极性相反，导线5连接第一压电叠堆2、第二压电叠堆4和功率放大器6，功率放大器6连接信号源7。
工作时，信号源7发出高频信号经过功率放大器6放大后，通过两条导线5同时输入第一压电叠堆2和第二压电叠堆4，使第一压电叠堆2和第二压电叠堆4产生幅值相同，相位相差180°的运动，从而带动台面1运动，即实现高频振动。
一种实施方式中，第二压电叠堆4、基座1、第一压电叠堆2以及台面3通过外侧套设有绝缘套8的预紧螺栓9穿接固定，预紧螺栓9上端固定连接在台面3，预紧螺栓8头部位于第二压电叠堆4之下。
一种实施方式中，预紧螺栓9头部与第二压电叠堆4之间设有垫圈板10，垫圈板10横截面大于或等于第二压电叠堆4横截面以使预紧螺栓9的预紧力均匀分布于第二压电叠堆4。
一种实施方式中，压电叠堆包括压电晶体片11和作为压电晶体片11导电极的导电片12，压电晶体片11设置为至少两层，相邻压电晶体片11的相对面极性相同。
一种实施方式中，相邻压电晶体片11的相对面共用同一导电片12。
实施例二
参见图3，如其中的图例所示，其余与实施例一相同，不同之处在于，第二压电叠堆4叠置于台面2之上，包括两组压电结构，每组压电结构包括竖直投影重叠的第一压电叠堆2和第二压电叠堆4，两组压电结构产生的振动中心与台面中心同轴，预紧螺栓8下端固定连接在基座1，预紧螺栓8头部位于第二压电叠堆4之上。
实施例三
参见图4，如其中的图例所示，其余与实施例二相同，不同之处在于，包括包括三组压电结构，每组压电结构包括竖直投影重叠的第一压电叠堆2和第二压电叠堆4，三组压电结构产生的振动中心与台面中心同轴。
实施例四
参见图5，如其中的图例所示，其余与实施例二相同，不同之处在于，包括包括四组压电结构，每组压电结构包括竖直投影重叠的第一压电叠堆2和第二压电叠堆4，四组压电结构产生的振动中心与台面中心同轴。
实施例五
参见图6，如其中的图例所示，其余与实施例二相同，不同之处在于，包括包括六组压电结构，每组压电结构包括竖直投影重叠的第一压电叠堆2和第二压电叠堆4，六组压电结构产生的振动中心与台面中心同轴。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种压电式高频振动台，包括基座、第一压电叠堆以及台面，所述基座固定设置，所述第一压电叠堆叠置于所述基座之上，所述台面叠置于所述第一压电叠堆之上，其特征在于，还包括第二压电叠堆，所述第二压电叠堆叠置于所述基座之下或所述台面之上，所述第一压电叠堆与所述第二压电叠堆的相对面极性相反以使二者产生幅值相同，相位相反的运动。
2.根据权利要求1所述的压电式高频振动台，其特征在于，所述压电叠堆包括压电晶体片和作为所述压电晶体片导电极的导电片，所述压电晶体片设置为至少两层，相邻压电晶体片的相对面极性相同。
3.根据权利要求2所述的压电式高频振动台，其特征在于，相邻压电晶体片的相对面共用同一导电片。
4.根据权利要求1所述的压电式高频振动台，其特征在于，所述基座、所述第一压电叠堆、所述台面以及所述第二压电叠堆通过外侧套设有绝缘套的预紧螺栓穿接固定。
5.根据权利要求4所述的压电式高频振动台，其特征在于，所述第二压电叠堆设于所述基座之下，所述预紧螺栓上端固定连接在所述台面，所述预紧螺栓头部位于所述第二压电叠堆之下。
6.根据权利要求4所述的压电式高频振动台，其特征在于，所述第二压电叠堆设于所述台面之上，所述预紧螺栓下端固定连接在所述基座，所述预紧螺栓头部位于所述第二压电叠堆之上。
7.根据权利要求5或6所述的压电式高频振动台，其特征在于，所述预紧螺栓头部与所述第二压电叠堆之间设有垫圈板，所述垫圈板横截面大于或等于所述第二压电叠堆横截面以使所述预紧螺栓的预紧力均匀分布于所述第二压电叠堆。
8.根据权利要求1所述的压电式高频振动台，其特征在于，包括一组或多组压电结构，每组压电结构包括竖直投影重叠的第一压电叠堆和第二压电叠堆，一组或多组压电结构产生的振动中心与台面中心同轴。
9.根据权利要求1所述的压电式高频振动台，其特征在于，所述台面为高刚度台面，其材料的弹性模量不小于100GPa。
10.根据权利要求7所述的压电式高频振动台，其特征在于，所述预紧螺栓为高强度钢螺栓，其抗拉强度不小于1GPa，所述垫圈板为高强度钢垫圈板，其抗拉强度不小于1GPa。
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