CN116111873A - 压电陶瓷堆叠施加应变装置 - Google Patents

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CN116111873A CN202111333290.8A CN202111333290A CN116111873A CN 116111873 A CN116111873 A CN 116111873A CN 202111333290 A CN202111333290 A CN 202111333290A CN 116111873 A CN116111873 A CN 116111873A
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邢健
郭成龙
张虎
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Abstract

本申请提供了一种压电陶瓷堆叠施加应变装置，包括顶板、至少3个压电陶瓷堆叠、至少3个弹性件、U型框体和活动单元，其中，至少3个压电陶瓷堆叠的和至少3个弹性件的一端分别与顶板相连接，另一端分别与U形框体的两个竖柱和活动单元的一端相连接，活动单元位于两个竖柱之间。通过弹性件为压电陶瓷堆叠提供预压力，使压电陶瓷堆叠能够对样品施加较大的单向的拉应力和压应力。

Description

压电陶瓷堆叠施加应变装置
技术领域
本申请涉及压电陶瓷技术领域，且更具体地，涉及一种压电陶瓷堆叠施加单向压应变或拉应变的装置。
背景技术
通常，材料在存在拉应变或压应变的情况下，由于材料在某一方向的原子间距发生变化，从而使材料的性质发生一些各向异性的变化。现有技术对样品施加应变的方式通常是对顶砧、压电陶瓷等方式。其中，对顶砧技术通常是采用机械的方式施加应变，这使得该技术只能用于室温大气等环境，对于极端环境下如超高真空、极低温等环境下的工作比较困难。压电陶瓷技术由于其完全由电信号驱动，其对极端环境的兼容性更优。然而，由于压电陶瓷能承受的拉应力较小，目前压电陶瓷堆叠施加应变的装置能施加的应力较小，不能满足对一些较硬材料的测量。
因此，需要一种能够通过压电陶瓷堆叠施加较大拉应变或压应变的装置。
发明内容
为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种压电陶瓷堆叠施加应变装置，包括顶板、压电陶瓷堆叠组、弹性件组、U型框体和活动单元，其中，所述压电陶瓷堆叠组包括第一压电陶瓷堆叠、第二压电陶瓷堆叠和第三压电陶瓷堆叠，所述弹性件组包括第一弹性件、第二弹性件和第三弹性件，所述U型框体包括第一竖柱、第二竖柱和水平柱，所述第一、第二和第三压电陶瓷堆叠的第一端和所述第一、第二和第三弹性件的第一端均与所述顶板相连接，所述第一和第三压电陶瓷堆叠的第二端和所述第一和第三弹性件的第二端均与所述U型框体的第一竖柱和第二竖柱的第一端相连接，所述第二压电陶瓷堆叠的第二端和所述第二弹性件的第二端均与所述活动单元的第一端相连接，并且所述活动单元位于所述U型框体的第一和第二竖柱之间的空间中。
在本申请的一个实施例中，所述弹性件是与所述活动单元、顶板和U型框体一体地制成的。
在本申请的一个实施例中，所述弹性件是波浪板形弹性结构。
在本申请的一个实施例中，所述波浪板形弹性结构的厚度是0.05mm-1mm，优选是0.3mm。
在本申请的一个实施例中，所述弹性件具有一限定的宽度。
在本申请的一个实施例中，所述压电陶瓷堆叠施加应变装置还包括弹性结构，所述活动单元通过所述弹性结构挠性连接所述第一竖柱和第二竖柱，使所述活动单元仅可沿压电陶瓷形变方向移动。
在本申请的一个实施例中，所述压电陶瓷堆叠施加应变装置还包括样品夹持结构，其分别固定在所述活动单元和所述U型框体上。
在本申请的一个实施例中，所述样品夹持结构包括活动部分和固定部分，所述活动部分固定在所述活动单元的第二端上，并且所述固定部分固定在所述U型框体的内侧。
与现有技术相比，采用根据本申请实施例的压电陶瓷堆叠施加应变装置，可以通过弹性件为压电陶瓷堆叠提供预压力。在某些实施例中还能够通过弹性件提供导向功能，使施加在样品上的应变指向性更好。
附图说明
通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1图示了根据本申请的一个实施例的压电陶瓷堆叠施加应变装置的示意图。
图2图示了根据本申请一个实施例的压电陶瓷堆叠施加应变装置的立体示意图。
附图标记列表
100 压电陶瓷堆叠施加应变装置
10 顶板
20 压电陶瓷堆叠组
21 第一压电陶瓷堆叠
22 第二压电陶瓷堆叠
23 第三压电陶瓷堆叠
30 U型框体
31 第一竖柱
32 第二竖柱
33 水平柱
40 活动单元
50 弹性件组
51 第一弹性件
52 第二弹性件
53 第三弹性件
60 样品夹持结构
61 活动部分
62 固定部分
70 待测样品
200 压电陶瓷堆叠应变装置
50’ 弹性件组
51’ 第一弹性件
52’ 第二弹性件
53’ 第三弹性件
80 弹片结构
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
申请概述
如上所述，压电陶瓷能够承受的拉应力较小，目前已知的通过压电陶瓷施加应力的装置能够施加的应力较小，不能应用于某些场景，例如对一些较硬材料进行测量。
针对该技术问题，本申请的基本构思是提出一种通过压电陶瓷施加应力的装置，通过对压电陶瓷堆叠提供预压力来对样品施加更大的拉应力及压应力。
在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。
示例性装置
图1图示了根据本申请一个实施例的通过压电陶瓷堆叠施加应变的装置的示意图。
如图1所示，压电陶瓷堆叠施加应变装置100包括顶板10、压电陶瓷堆叠组20、U型框体30、活动单元40和弹性件组50。压电陶瓷堆叠组20包括第一压电陶瓷堆叠21、第二压电陶瓷堆叠22和第三压电陶瓷堆叠23。相应地，弹性件组50包括第一弹性件51、第二弹性件52和第三弹性件53。U型框体30包括第一竖柱31、第二竖柱32和水平柱33。顶板10分别与压电陶瓷堆叠21、22、23的第一端及弹性件51、52、53的第一端相连接。压电陶瓷堆叠21、22、23的第二端和弹性件51、52、53的第二端分别与U型框体30的竖柱31和32的第一端以及活动单元40的第一端相连接。活动单元40位于U型框体30的两个竖柱31和32之间的空间中。
如图1所示，压电陶瓷施加应变装置100还包括样品夹持结构60，样品夹持结构60包括活动部分61和固定部分62。活动部分61固定在活动单元40上。固定部分62固定在U型框体30上，例如U型框体30的水平柱33的内侧。
在第一压电陶瓷堆叠21和第三压电陶瓷堆叠23通电而第二压电陶瓷堆叠22不通电时，第一压电陶瓷堆叠21和第三压电陶瓷堆叠23伸长，因而第一压电陶瓷堆叠21和第三压电陶瓷堆叠23分别克服第一弹性件51和第三弹性件53的阻力，并且向下推动U型框体30的两个竖柱31和32使其向下运动，进而推动U型框体30的水平柱33向下运动，即推动样品夹持结构60的固定部分62向下运动，由此被夹持的样品被向下拉伸。同时，由于第二压电陶瓷堆叠22不通电，因而第二压电陶瓷堆叠22不伸长，第二弹性件52阻止活动单元40向下运动。这样，一方面，样品受到样品夹持结构60的固定部分62施加的向下的力，另一方面，样品受到样品夹持结构60的活动部分61施加的保持力。在这种情况下，由于第二弹性件52对样品施加了阻止向下运动的力，增大了样品受到的拉应力，即第二压电陶瓷堆叠22能够使样品产生较大的拉应力。例如，弹性件在发生1mm形变的情况下可提供200N的预压力，从而使样品受到更大的拉应力，例如275N。
在第二压电陶瓷堆叠22通电而第一压电陶瓷堆叠21和第三压电陶瓷堆叠23不通电时，第二压电陶瓷堆叠22伸长，因而，第二压电陶瓷堆叠22克服第二弹性件52的阻力，向下推压活动单元40，相应地活动单元40向下推压样品，对样品施加压力；另一方面，第一弹性件51和第三弹性件53分别阻止U型框体30的两个竖柱向下运动，进而阻止样品夹持结构60的固定部分62向下运动，进而阻止样品向下运动。这样，一方面，样品受到样品夹持结构60的活动部分61施加的向下的力，另一方面，样品受到样品夹持结构60的固定部分62施加的保持力。在这种情况下，由于第二压电陶瓷堆叠22对活动单元40进而对样品施加了向下的力，第一弹性件51和第三弹性件53对样品施加了保持力，增大了样品受到的压应力，即第一弹性件51和第三弹性件53能够使样品产生较大的压应力。例如，弹性件在发生1mm形变的情况下可提供200N的预压力，从而使样品受到更大的压应力，例如550N。
图2根据本申请一个实施例的压电陶瓷堆叠施加应变装置的立体示意图。
如图2所示，压电陶瓷堆叠施加应变装置200包括顶板10、压电陶瓷堆叠组20、U型框体30、活动单元40和弹性件组50’。弹性件组50’包括第一弹性件51’、第二弹性件52’和第三弹性件53’。如图2所示，第一弹性件51’、第二弹性件52’和第三弹性件53’都与顶板10、U型框体30一体地形成，并且制成为波浪形薄板状。波浪形薄板的厚度例如是，但不限于0.05mm-1mm，优选0.3mm。波浪形薄板式弹性件具有一限定的宽度，例如但不限于0.5mm-10mm，对弹性件的运动产生高精度指向的导轨作用。在本申请的一些实施例中，三个弹性件并不必须都是图示的波浪形薄板式弹性件。
如图2所示，压电陶瓷堆叠施加应变装置200还包括弹片结构80，弹片结构80挠性连接U型框体30的两个竖柱31和33，使活动单元40仅可沿压电陶瓷形变方向移动。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (9)

1.一种压电陶瓷堆叠施加应变装置，包括压电陶瓷堆叠组、顶板、弹性件组、U型框体和活动单元，其中，所述压电陶瓷堆叠组包括第一压电陶瓷堆叠、第二压电陶瓷堆叠和第三压电陶瓷堆叠，所述弹性件组包括第一弹性件、第二弹性件和第三弹性件，所述U型框体包括第一竖柱、第二竖柱和水平柱，所述第一、第二和第三压电陶瓷堆叠的第一端和所述第一、第二和第三弹性件的第一端均与所述顶板相连接，所述第一和第三压电陶瓷堆叠的第二端和所述第一和第三弹性件的第二端均与与所述U型框体的第一竖柱和第二竖柱的第一端相连接，所述第二压电陶瓷堆叠的第二端和所述第二弹性件的第二端均与所述活动单元的第一端相连接，并且所述活动单元位于所述U型框体的第一和第二竖柱之间的空间中。
2.如权利要求1所述的压电陶瓷堆叠施加应变装置，其中，所述弹性件是与所述活动单元、顶板和U型框体一体地制成的。
3.如权利要求2所述的压电陶瓷堆叠施加应变装置，其中，所述弹性件是波浪板形弹性结构。
4.如权利要求3所述的压电陶瓷堆叠施加应变装置，其中，所述波浪板形弹性结构的厚度是0.05mm-1mm。
5.如权利要求4所述的压电陶瓷堆叠施加应变装置，其中，所述波浪板形弹性结构的厚度是0.3mm。
6.如权利要求3所述的压电陶瓷堆叠施加应变装置，所述弹性件具有一限定的宽度。
7.如权利要求1所述的压电陶瓷堆叠施加应变装置，其中，所述压电陶瓷堆叠施加应变装置还包括弹性结构，所述活动单元通过所述弹性结构挠性连接所述第一竖柱和第二竖柱，使所述活动单元仅可沿压电陶瓷形变方向移动。
8.如权利要求1所述的压电陶瓷堆叠施加应变装置，其中，所述压电陶瓷堆叠施加应变的装置还包括样品夹持结构，其分别固定在所述活动单元和所述U型框体上。
9.如权利要求8所述的压电陶瓷堆叠施加应变装置，其中，所述样品夹持结构包括活动部分和固定部分，所述活动部分固定在所述活动单元的第二端上，并且所述固定部分固定在所述U型框体的内侧。
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