CN117411343A - 压电致动器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电致动器。压电致动器包括：外壳，限定出一端开口一端封闭的容置腔；压电组件，设置于容置腔内，压电组件的第一端固定于容置腔的封闭端，压电组件被配置为能够沿自身轴向变形；输出构件，固定于压电组件的第二端，以使输出构件产生位移；位移检测组件，位于容置腔内，位移检测组件包括可动构件和检测构件，输出构件的一端伸出开口，输出构件的另一端设有可动构件，可动构件跟随输出构件位移，检测构件用于将可动构件的机械位移转化为电信号输出。本发明的技术方案解决了现有技术中的压电致动器实际位移测量误差较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微驱动技术领域，具体而言，涉及一种压电致动器。
背景技术
现有技术中的闭环压电致动器，均是以应变片作为闭环传感器作为反馈信号，虽然应变片具有分辨率高、体积小巧紧凑、接线简便、成本低等优点，但是，在压电致动器的应用中，应变片并非直接测量致动器的实际位移输出，而是测量致动器内部压电陶瓷的局部变形，通过后期电路运算去对应致动器的实际输出位移，这样，会产生信号误差。例如，申请号为201310586696.6的专利申请公开了一种闭环控制的封装型压电陶瓷致动器及电阻应变片固定方法，在该申请的闭环控制的封装型压电陶瓷致动器中，通过应变片检测局部变形量来表征实际位移，实际测试精度在总行程的千分之一左右，精度等级低，且应变片不耐湿热、抗干扰能力弱，带应变片的闭环致动器不适用于湿热工况、强电磁干扰工况。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种压电致动器，以解决现有技术中的压电致动器实际位移测量误差较大的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种压电致动器，包括：外壳，限定出一端开口一端封闭的容置腔；压电组件，设置于容置腔内，压电组件的第一端固定于容置腔的封闭端，压电组件被配置为能够沿自身轴向变形；输出构件，固定于压电组件的第二端，以使输出构件产生位移；位移检测组件，位于容置腔内，位移检测组件包括可动构件和检测构件，输出构件的一端伸出开口，输出构件的另一端设有可动构件，可动构件跟随输出构件位移，检测构件用于将可动构件的机械位移转化为电信号输出。
进一步地，可动构件包括铁芯，检测构件包括：初级线圈，被配置为能够通入交流电并激励铁芯产生磁场； 两个次级线圈，两个次级线圈分别位于初级线圈沿轴向的两侧，各次级线圈根据铁芯的移动产生感应电压，且两个次级线圈反串相接，以输出差分电压。
进一步地，压电组件为具有通孔的筒状结构，部分输出构件位于通孔内；压电致动器还包括位于容置腔内的支撑筒，压电组件的第二端通过支撑筒固定于容置腔的封闭端，检测构件连接于支撑筒的外周，铁芯在支撑筒内移动。
进一步地，检测构件连接于压电组件的外周，压电组件为具有通孔的筒状结构，部分输出构件位于通孔内，铁芯在通孔内可移动地设置。
进一步地，检测构件连接于压电组件的外周，铁芯为中空结构且可移动地设置于检测构件的外周。
进一步地，输出构件的输出位移s满足公式：
；
其中，K0、K1、K2、K3为通过实验标定确定的系数；
Eout为输出的差分电压；
E0为输入初级线圈的激励电压。
进一步地，当压电致动器还包括位于容置腔内的支撑筒，检测构件连接于支撑筒的外周时，输出构件的输出位移s满足公式：
；
其中，k为线性系数；
为输出的差分电压；
为输入初级线圈的激励电压；
b为零点偏移系数。
进一步地，压电组件的外周设有绝缘层，绝缘层位于压电组件和检测构件之间。
进一步地，输出构件包括：基体，位于容置腔内，基体固定于压电组件；输出件，输出件的一端与基体连接，输出件的另一端伸出开口；安装件，连接于基体的背离输出件的一侧，安装件上设有可动构件。
进一步地，当压电组件为筒状结构时，安装件为柱状结构且至少部分设置在压电组件内；或者，当压电组件为柱状结构时，至少部分安装件位于压电组件的外周侧。
进一步地，压电致动器还包括弹性件，弹性件位于输出构件的背离压电组件的一侧，弹性件的一端与容置腔靠近开口的顶壁抵接，弹性件的另一端与输出构件抵接；或者，压电组件的第二端上设有粘接层，输出构件通过粘接层固定于压电组件。
应用本发明的技术方案，相对于现有技术中采用应变片检测局部变形量来表征实际输出位移而导致检测误差较大的问题而言，本发明中，压电组件能够沿轴向产生一定形变，由于压电组件的第一端固定在容置腔的封闭端，压电组件的第二端带着输出构件产生位移，且输出构件发生位移时会带动可动构件一起移动，这样，可动构件产生的位移为输出构件的实际输出位移，即可动构件的位移为压电组件的总变形量，在可动构件发生位移时，检测构件会产生电信号变化，通过对检测构件产生的电信号变化进行计算，可以得到可动构件产生的位移，以得到输出构件产生的实际输出位移，从而避免以应变片检测的局部变形来表征输出构件的实际输出位移，进而解决了现有技术中的压电致动器对实际输出位移检测不准确的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的压电致动器的实施例一的结构示意图；
图2示出了本发明的压电致动器的实施例二的结构示意图；
图3示出了本发明的压电致动器的实施例三的结构示意图；
图4示出了本发明的压电致动器的检测构件的电路原理图；
图5示出了本发明的压电致动器的实施例二和实施例三的组装流程图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、外壳；20、压电组件；30、输出构件；31、基体；32、输出件；33、安装件；51、可动构件；52、检测构件；521、初级线圈；522、次级线圈；53、支撑筒；55、弹性件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图4所示，本发明提供了一种压电致动器，包括：外壳10，限定出一端开口一端封闭的容置腔；压电组件20，设置于容置腔内，压电组件20的第一端固定于容置腔的封闭端，压电组件20被配置为能够沿自身轴向变形；输出构件30，固定于压电组件20的第二端，以使输出构件30产生位移；位移检测组件，位于容置腔内，位移检测组件包括可动构件51和检测构件52，输出构件30的一端伸出开口，输出构件30的另一端设有可动构件51，可动构件51跟随输出构件30位移，检测构件52用于将可动构件51的机械位移转化为电信号输出。
上述技术方案中，相对于现有技术中采用应变片检测局部变形量来表征实际输出位移而导致检测误差较大的问题而言，本发明中，压电组件20能够沿轴向产生一定形变，由于压电组件20的第一端固定在容置腔的封闭端，压电组件20的第二端带着输出构件30产生位移，且输出构件30发生位移时会带动可动构件51一起移动，这样，可动构件51产生的位移为输出构件30的实际输出位移，即可动构件51的位移为压电组件20的总变形量，在可动构件51发生位移时，检测构件52会产生电信号变化，通过对检测构件52产生的电信号变化进行计算，可以得到可动构件51产生的位移，以得到输出构件30产生的实际输出位移，从而避免以应变片检测的局部变形来表征输出构件30的实际输出位移，进而解决了现有技术中的压电致动器对实际输出位移检测不准确的问题。
进一步地，在可动构件51与检测构件52的配合方式，相较于应变片而言受环境影响更小。
具体地，本发明的实施例中，输出构件30为刚性传动结构。这样，在移动过程中，输出构件30不会变形，从而避免影响压电致动器的实际输出位移的检测准确性。
具体地，本发明的实施例中，压电组件20为多层压电陶瓷，例如：钛酸钡基无铅压电陶瓷、含铋钙钛矿型压电陶瓷等；这样，当多层压电陶瓷通电后，由于压电材料的逆压电效应，多层压电陶瓷会能够沿轴向产生一定形变。
具体地，本发明的实施例中，输出构件30与可动构件51固定连接，优选地，输出构件30与可动构件51通过胶水固定连接。
如图1至图4所示，本发明的实施例中，可动构件51包括铁芯，检测构件52包括：初级线圈521，被配置为能够通入交流电并激励铁芯产生磁场；两个次级线圈522，两个次级线圈522分别位于初级线圈521沿轴向的两侧，各次级线圈522根据铁芯的移动产生感应电压，且两个次级线圈522反串相接，以输出差分电压。
上述技术方案中，初级线圈521通电后产生磁场，当初级线圈521通孔内的铁芯在闭合电路产生的磁场内发生位移时，闭合电路的磁场发生会变化，根据电磁场理论，变化的磁场周围会产生电场，电场使两个次级线圈522中的自由电子定向移动形成电流，两个次级线圈522可以分别产生感应电势，由于两个次级线圈522反串相接，检测构件52可以输出两个次级线圈522的差分电压，且根据线性可变差动变压器的原理可知，铁芯的位移与差分电压存在线性关系，从而通过对差分电压信号进行分析计算来得到压电致动器的实际位移输出，这样，相对于应变片局部检测而导致较大误差而言，通过设置检测构件52来检测可动构件51的位移，可以提高检测精确度。
需要说明的是，本发明的实施例中，检测构件52与可动构件51形成线性可变差动变压器LVDT（Linear Variable Displacement Transducer），通过设置LVDT，可以得到铁芯与差分电压的线性关系。
具体地，本发明的实施例中，两个次级线圈522反串相接，缠绕方式相同，这样，相同的缠绕方式可以避免两个次级线圈522在电磁感应中相互影响。
需要说明的是，本发明的实施例中，图4中的E1和E2分别为两个次级线圈的输出电压。
如图1至图3所示，本发明的实施例中，输出构件30包括：基体31，位于容置腔内，基体31固定于压电组件20；输出件32，输出件32的一端与基体31连接，输出件32的另一端伸出开口；安装件33，连接于基体31的背离输出件32的一侧，安装件33上设有可动构件51。
通过上述设置，当压电组件20通电发生形变时基体31可以同时产生位移，并且，基体31可以带动输出件32和安装件33同时移动，这样，一方面可以实现压电致动器的正常工作，即输出位移，另一方面，可以使安装件33带动可动构件51移动，从而使检测构件52产生电信号变化，进而可以计算得到可动构件51的输出位移，即输出件32实际输出位移。
优选地，本发明的实施例中，基体31、输出件32和安装件33为一体成型结构。
具体地，本发明的实施例中，输出件32的形状可以是球头、平头、内螺纹、外螺纹等多种形式。
如图1至图3示，本发明的实施例中，压电致动器还包括弹性件55，弹性件55位于输出构件30的背离压电组件20的一侧，弹性件55的一端与容置腔靠近开口的顶壁抵接，弹性件55的另一端与输出构件30抵接。这样，弹性件55可以将输出构件30压紧于压电组件20，从而使压电组件20发生形变的过程中始终能够带动输出构件30移动。
优选地，本发明的实施例中，弹性件55的一端与容置腔靠近开口的顶壁抵接，弹性件55的另一端与基体31靠近输出件32的一侧抵接。
优选地，本发明的实施例中，弹性件55为弹簧。
如图1至图3示，本发明的实施例中，压电组件20的第二端上设有粘接层，输出构件30通过粘接层固定于压电组件20。这样，可以增加输出构件30与压电组件20连接的牢固性，以避免由于外力原因而导致输出构件30与压电组件20发生错位的问题，从而避免当压电组件20发生形变时无法带动输出构件30一起移动。
优选地，本发明的实施例中，压电组件20与输出构件30之间的粘接层由粘合剂构成，例如胶水，但粘接层的构成材料包括但不限于胶水。
实施例一
如图1所示，本发明的实施例一中，压电组件20为具有通孔的筒状结构，部分输出构件30位于通孔内；压电致动器还包括位于容置腔内的支撑筒53，压电组件20的第二端通过支撑筒53固定于容置腔的封闭端，检测构件52连接于支撑筒53的外周，铁芯在支撑筒53内移动。
通过上述设置，一方面，相对于现有技术中因应变片直接设置在测量基体上而导致检测误差较大的问题而言，本发明的实施例一中，将检测构件52固定于支撑筒53，可以避免将检测构件52直接固定于压电组件20，从而可以避免因压电组件20发生形变而影响检测构件52的检测精度的问题；另一方面，通过将压电组件20设置为具有通孔的筒状结构，可以为输出构件30和铁芯留出安装和移动的空间。
需要说明的是，本发明的实施例一中，当压电致动器还包括位于容置腔内的支撑筒53，检测构件52连接于支撑筒53的外周时，由于检测构件52不与压电组件直接接触，此时输出构件30的输出位移s满足公式：
；
其中，k为线性系数；
Eout为输出的差分电压；
E0为输入初级线圈的激励电压；
b为零点偏移系数。
上述技术方案中，通过将初级线圈521的激励电压、次级线圈522的差分电压和相关的系数带入公式，可以得到输出构件30的输出位移s，即得到压电致动器的实际位移输出，以避免因采用应变片对压电陶瓷的变形进行局部检测而导致位移检测误差较大的问题。
应变片以粘合剂粘附在测量基体上的测量方式，具体为测量贴有应变片区域内基体的形变量，然后根据应变片区域长度与整体基体长度的比例换算出基体的形变量，由于基体与应变片间多通过胶水粘接，故在基体发生形变后，胶水层会先发生形变，然后应变片参与测量，故不可避免地会与基体的位移或形变产生机械滞后；本发明的实施例一，由检测构件52直接测量可动构件51的位移，故测量精度更高。
具体地，本发明的实施例一中，支撑筒53为线圈骨架，线圈骨架由高刚性材料构成，线圈骨架的构成材料包括但不限于钢或陶瓷或玻璃。这样，可以减少线圈骨架在负载作用下被压缩而消耗致动器输出位移量，以避免产生位移检测误差。
如图1所示，本发明的实施例一中，当压电组件20为筒状结构时，安装件33为柱状结构且至少部分设置在压电组件20内。这样，可以为安装件33和与安装件33固定连接的铁芯留出安装和移动的空间，并节省了压电致动器的整体空间。
实施例二
如图2所示，本发明的实施例二相对于实施例一的不同之处在于，以压电组件20代替支撑筒53作为检测构件52的线圈骨架。检测构件52连接于压电组件20的外周，压电组件20为具有通孔的筒状结构，部分输出构件30位于通孔内，铁芯在通孔内可移动地设置。
上述技术方案中，通过以压电组件20代替支撑筒53作为检测构件52的线圈骨架，可以充分利用压电致动器的轴向空间，可获得更小轴向尺寸的压电致动器。
具体地，本发明的实施例二中，压电组件20的外周设有绝缘层，绝缘层位于压电组件20和检测构件52之间。这样，可以避免检测构件52产生的电流干扰压电组件20的形变，以避免对压电致动器的正常工作产生影响。
具体地，本发明的实施例二中，压电组件20表面涂敷柔性绝缘材料，涂层厚度需满足击穿电压大于或等于6倍工作电压，柔性绝缘材料包括但不限于特氟龙、封装漆。
需要说明的是，如图5示，本发明的实施例二中，压电组件20做好绝缘封装后，在压电组件20设定区域分别缠绕初级线圈521和位于初级线圈521两侧的两个次级线圈522，线圈绕制完成后开始组装输出构件30和铁芯，以上部件固定好之后依次对初级线圈521和压电组件20通电，测试次级线圈522的电压输出情况，以确认铁芯与检测构件52系统正常。随后集成弹性件55与外壳10，获得完整的压电致动器。
需要说明的是，本发明的实施例二中，由于压电组件20在工作时会有轴向的形变，本实施二中，将检测构件52设置在压电组件20外周，压电组件20的轴向形变直接会导致检测构件52位置和尺寸的变化，从而导致输出的差分电压Eout与输出位移呈现非线性变化关系，究其原因是检测构件52和铁芯组成的磁场系统的磁感应强度会随压电组件20的位移变化而发生轻微变动，因此，本发明的实施例二中，通过大量实验与数据拟合，可以得到系数K2、K3、铁芯位移和差分电压之间的关系公式，从而可以更准确的计算得出铁芯的输出位移，进而可以得到更准确的压电致动器的实际位移输出，具体地，输出构件30的输出位移s满足公式：
；
其中，K0、K1、K2、K3为通过实验标定确定的系数；
Eout为输出的差分电压；
E0为输入初级线圈的激励电压。
上述技术方案中，通过将初级线圈521的激励电压、次级线圈522的差分电压和相关的系数带入公式，可以得到输出构件30的输出位移s，即得到压电致动器的实际位移输出，以避免因采用应变片对压电陶瓷的变形进行局部检测而导致位移检测误差较大的问题。
需要说明的，当系数K2、K3取0时，该公式变为线性公式，K0即为零点偏移系数b，作为特例公式同样满足实施例一中的输出位移s公式。本实施二中的其它结构与实施例一相同，此处不再赘述。
实施例三
如图3示，本发明的实施例三相对于实施例二的不同之处在于，检测构件52连接于压电组件20的外周，铁芯为中空结构且可移动地设置于检测构件52的外周。这样，一方面可以降低压电组件20的制作成本，另一方面，可以节省压电致动器的轴向空间。
具体地，本发明的实施例三中，压电组件20为非中空的柱形陶瓷叠堆，相对于具有通孔的筒状结构的陶瓷叠堆，非中空的柱形陶瓷叠堆制作成本更低。
如图3示，本发明的实施例三中，当压电组件20为柱状结构时，至少部分安装件33位于压电组件20的外周侧。这样，可以在压电组件20的外周为安装件33和与安装件33固定连接的铁芯留出安装和移动的空间，并节省了压电致动器的整体空间。
具体地，本发明的实施例三中，安装件33为筒状结构，或者，安装件33包括两个连接杆。
具体地，本发明的实施例三中，铁芯为筒状结构，或者，铁芯包括两个连接杆。
本实施三中的其它结构与实施例二相同，此处不再赘述。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：相对于现有技术中采用应变片检测局部变形量来表征实际输出位移而导致检测误差较大的问题而言，本发明中，压电组件能够沿轴向产生一定形变，由于压电组件的第一端固定在容置腔的封闭端，压电组件的第二端带着输出构件产生位移，且输出构件发生位移时会带动可动构件一起移动，这样，可动构件产生的位移为输出构件的实际输出位移，即可动构件的位移为压电组件的总变形量，在可动构件发生位移时，检测构件会产生电信号变化，通过对检测构件产生的电信号变化进行计算，可以得到可动构件产生的位移，以得到输出构件产生的实际输出位移，从而避免以应变片检测的局部变形来表征输出构件的实际输出位移，进而解决了现有技术中的压电致动器对实际输出位移检测不准确的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种压电致动器，其特征在于，包括：
外壳（10），限定出一端开口一端封闭的容置腔；
压电组件（20），设置于所述容置腔内，所述压电组件（20）的第一端固定于所述容置腔的封闭端，所述压电组件（20）被配置为能够沿自身轴向变形；
输出构件（30），固定于所述压电组件（20）的第二端，以使所述输出构件（30）产生位移；
位移检测组件，位于所述容置腔内，所述位移检测组件包括可动构件（51）和检测构件（52），所述输出构件（30）的一端伸出所述开口，所述输出构件（30）的另一端设有所述可动构件（51），所述可动构件（51）跟随所述输出构件（30）位移，所述检测构件（52）用于将所述可动构件（51）的机械位移转化为电信号输出。
2.根据权利要求1所述的压电致动器，其特征在于，所述可动构件（51）包括铁芯，所述检测构件（52）包括：
初级线圈（521），被配置为能够通入交流电并激励所述铁芯产生磁场；
两个次级线圈（522），两个所述次级线圈（522）分别位于所述初级线圈（521）沿轴向的两侧，各所述次级线圈（522）根据所述铁芯的移动产生感应电压，且两个所述次级线圈（522）反串相接，以输出差分电压。
3.根据权利要求2所述的压电致动器，其特征在于，所述压电组件（20）为具有通孔的筒状结构，部分所述输出构件（30）位于所述通孔内；
所述压电致动器还包括位于所述容置腔内的支撑筒（53），所述压电组件（20）的第二端通过所述支撑筒（53）固定于所述容置腔的封闭端，所述检测构件（52）连接于所述支撑筒（53）的外周，所述铁芯在所述支撑筒（53）内移动。
4.根据权利要求2所述的压电致动器，其特征在于，所述检测构件（52）连接于所述压电组件（20）的外周，所述压电组件（20）为具有通孔的筒状结构，部分所述输出构件（30）位于所述通孔内，所述铁芯在所述通孔内可移动地设置。
5.根据权利要求2所述的压电致动器，其特征在于，所述检测构件（52）连接于所述压电组件（20）的外周，所述铁芯为中空结构且可移动地设置于所述检测构件（52）的外周。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述输出构件（30）的输出位移s满足公式：
；
其中，K0、K1、K2、K3为通过实验标定确定的系数；
Eout为输出的差分电压；
E0为输入初级线圈的激励电压。
7.根据权利要求6所述的压电致动器，其特征在于，当所述压电致动器还包括位于所述容置腔内的支撑筒（53），所述检测构件（52）连接于所述支撑筒（53）的外周时，所述输出构件（30）的输出位移s满足公式：
；
其中，k为线性系数；
Eout为输出的差分电压；
E0为输入初级线圈的激励电压；
b为零点偏移系数。
8.根据权利要求4或5所述的压电致动器，其特征在于，所述压电组件（20）的外周设有绝缘层，所述绝缘层位于所述压电组件（20）和所述检测构件（52）之间。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述输出构件（30）包括：
基体（31），位于所述容置腔内，所述基体（31）固定于所述压电组件（20）；
输出件（32），所述输出件（32）的一端与所述基体（31）连接，所述输出件（32）的另一端伸出所述开口；
安装件（33），连接于所述基体（31）的背离所述输出件（32）的一侧，所述安装件（33）上设有所述可动构件（51）。
10.根据权利要求9所述的压电致动器，其特征在于，当所述压电组件（20）为筒状结构时，所述安装件（33）为柱状结构且至少部分设置在所述压电组件（20）内；或者，
当所述压电组件（20）为柱状结构时，至少部分所述安装件（33）位于所述压电组件（20）的外周侧。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述压电致动器还包括弹性件（55），所述弹性件（55）位于所述输出构件（30）的背离所述压电组件（20）的一侧，所述弹性件（55）的一端与所述容置腔靠近所述开口的顶壁抵接，所述弹性件（55）的另一端与所述输出构件（30）抵接；或者，
所述压电组件（20）的第二端上设有粘接层，所述输出构件（30）通过所述粘接层固定于所述压电组件（20）。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05300760A (ja) * | 1992-04-15 | 1993-11-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 圧電アクチュエ−タ及び圧電アクチュエ−タの変位検出方法 |
| KR100828737B1 (ko) * | 2006-11-14 | 2008-05-13 | 두원공과대학산학협력단 | 선형 가변 차동 변환기 |
| CN102278937A (zh) * | 2011-06-17 | 2011-12-14 | 江阴盈誉科技有限公司 | 一种差动变压式位移传感器 |
| JP2012073135A (ja) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Nabtesco Corp | アクチュエータ用位置検出器 |
| CN202388489U (zh) * | 2011-12-06 | 2012-08-22 | 华侨大学 | 一种新型位移工作台 |
| CN105588508A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-05-18 | 上海筑邦测控科技有限公司 | 用lvdt进行位移测量的方法及其传感器铁芯安装结构 |
| CN112197793A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-08 | 四川新川航空仪器有限责任公司 | 一种lvdt传感器 |
| CN113315411A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-27 | 上海隐冠半导体技术有限公司 | 平台移动装置 |
-
2023
- 2023-12-11 CN CN202311689955.8A patent/CN117411343A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05300760A (ja) * | 1992-04-15 | 1993-11-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 圧電アクチュエ−タ及び圧電アクチュエ−タの変位検出方法 |
| KR100828737B1 (ko) * | 2006-11-14 | 2008-05-13 | 두원공과대학산학협력단 | 선형 가변 차동 변환기 |
| JP2012073135A (ja) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Nabtesco Corp | アクチュエータ用位置検出器 |
| CN102278937A (zh) * | 2011-06-17 | 2011-12-14 | 江阴盈誉科技有限公司 | 一种差动变压式位移传感器 |
| CN202388489U (zh) * | 2011-12-06 | 2012-08-22 | 华侨大学 | 一种新型位移工作台 |
| CN105588508A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-05-18 | 上海筑邦测控科技有限公司 | 用lvdt进行位移测量的方法及其传感器铁芯安装结构 |
| CN112197793A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-08 | 四川新川航空仪器有限责任公司 | 一种lvdt传感器 |
| CN113315411A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-27 | 上海隐冠半导体技术有限公司 | 平台移动装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 黄锡年等: "《高职数学及其应用 》", 31 July 2005, 重庆大学出版社, pages: 164 * |
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