CN203746301U - 微动力的调节实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微动力的调节实验装置，包括微动力构件（501）、定位调整系统、传感器系统以及控制系统；所述定位调整系统上设置微动力构件（501）；所述微动力构件（501）内设置传感器系统；所述控制系统与传感器系统之间信号相连接。

Description

微动力的调节实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种微动力的调节实验装置，尤其涉及一种基于超磁致伸缩材料与压电陶瓷材料耦合型微力源的微动力的调节实验装置。

背景技术

当前，微机电系统的发展极为迅速，但也存在一些技术瓶颈。

微机电系统技术面临的主要问题之一就是微装配技术；大多数微机电系统由不同材料和不同加工方法的微小零件组成，随着零件的不断微小化，微系统的加工、装配的难度越来越高。

而在零件的运输、加工及装配等过程中，因为机械损坏和热变形损坏而报废的零件占了很大的比重，尤其是对机械接触力或热量非常敏感的零件进行操作时，这些零件在受到较小的作用力或热量时，就会产生变形或破碎，严重影响产品的质量和产量，也使其生产成本大大提高。

为解决微操作过程中遇到的困难，研究人员已提出多种微力的驱动形式，如基于静电力、电磁力、压电作用、热膨胀和形状记忆合金等工作机理的微力驱动器等，但是这些针对微操作的解决方法各有利弊，均不能很好的解决微操作过程中遇到的困难；为了更好的利用功能材料实现更完善的微力驱动形式，一种思路是将不同的功能材料进行复合，利用其各自的优点以达到更好的微力驱动效果；如超磁致伸缩材料与压电材料相耦合，利用超磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应与压电材料的压电逆效应制作微动力构件，可以使微力的输出更加的精确与恒定。

然而，基于该原理的微动力装置由于其特殊的原因，无法使用现有的测试装置进行微动力特性测试，继而无法完全掌握其特性；而现有的其他微动力测试装置又由于其测试对象构造原理等原因，完全无法对以上所述的微动力装置进行相应的特性测试，所以亟须一种新型的微动力测试装置针对上述新型的微动力装置进行相应的特性测试，以促进该种新型的微动力装置的发展及应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单的微动力的调节实验装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种微动力的调节实验装置，包括微动力构件、定位调整系统、传感器系统以及控制系统；其特征是：所述定位调整系统上设置微动力构件；所述微动力构件内设置传感器系统；所述控制系统与传感器系统之间信号相连接。

作为对本实用新型所述的微动力的调节实验装置的改进：所述定位调整系统包括实验台支架，实验台支架上设置有滚珠丝杠组件Ⅰ，所述滚珠丝杠组件Ⅰ的升降台调整螺杆竖直固定在实验台支架上，所述升降台调整螺杆上的滚珠丝杠螺母Ⅰ上设置有升降工作台；所述升降工作台的正上方设置微动力构件；相对应于微动力构件，在实验台支架上设置有微动力构件夹紧机构。

作为对本实用新型所述的微动力的调节实验装置的进一步改进：所述微动力构件夹紧机构为双螺旋自定心夹紧机构，包括夹紧钳和滚珠丝杠组件Ⅱ；滚珠丝杠组件Ⅱ包括夹紧钳调整螺杆和滚珠丝杠螺母组；所述夹紧钳调整螺杆由两段旋向相反的螺杆通过联轴器连接而成，滚珠丝杠螺母组由两个旋向相反的滚珠丝杠螺母Ⅱ构成，所述两个滚珠丝杠螺母Ⅱ分别设置在两段旋向相反的螺杆上；两个滚珠丝杠螺母Ⅱ上分别设置夹紧钳，通过夹紧钳夹持微动力构件。

作为对本实用新型所述的微动力的调节实验装置的改进：所述微动力构件包括固定轭和移动轭，所述固定轭和移动轭之间设置有气隙；所述固定轭分为左、右两部分，所述左、右两部分固定轭之间分别通过相互平行的超磁致伸缩薄片和永磁铁相互连接；所述超磁致伸缩薄片的正、反两面分别设置有压电陶瓷薄片，所述正、反两面的压电陶瓷薄片上分别设置有电极；所述左、右两端的固定轭分别被夹紧钳夹持。

作为对本实用新型所述的微动力的调节实验装置的改进：所述传感器系统包括微位移传感器、磁路Ⅰ拾磁环、温度传感器、粘贴式应变计、磁路Ⅱ拾磁环、微力传感器和压力传感器；所述移动轭的正下方设置微力传感器；所述固定轭和移动轭之间的气隙内设置微位移传感器；所述超磁致伸缩薄片的侧面分别设置温度传感器和粘贴式应变计，磁路Ⅰ拾磁环套在超磁致伸缩薄片上；移动轭的导磁柱上套装磁路Ⅱ拾磁环；所述左、右两端的固定轭与夹紧钳之间设置压力传感器。

作为对本实用新型所述的微动力的调节实验装置的改进：所述控制系统包括信号放大器、信号综合分析控制器、计算机、信号发生器、功率放大器以及驱动电源；所述信号放大器、信号综合分析控制器、计算机、信号发生器、功率放大器以及驱动电源顺次连接；所述微位移传感器、磁路Ⅰ拾磁环、温度传感器、粘贴式应变计、磁路Ⅱ拾磁环、微力传感器以及压力传感器分别与信号放大器信号连接；所述驱动电源分别与压电陶瓷薄片正、反两侧上的电极电连接。

作为对本实用新型所述的微动力的调节实验装置的改进：所述夹紧钳调整螺杆和升降台调整螺杆上均设置有限位挡环。

作为对本实用新型所述的微动力的调节实验装置的改进：所述信号综合分析控制器包括依次信号连接的数据采集卡、模数转换器、单片机以及数模转换器；所述单片机与数模转换器之间设置有光耦隔离器。

本实用新型适用于微动力控制的实验研究，尤其是基于超磁致伸缩材料与压电陶瓷材料相耦合的微动力构件，其微力范围在毫牛顿级之内的多场耦合控制的实验研究。它具有操作简单，调整方便，适用范围广，可以根据实验的需要测量不同变量对微力的影响，可灵活应用于不同尺寸的微力构件等特点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为实验台正面结构示意图；

图2为实验台背面结构示意图；

图3为传感器分布位置示意图；

图4为微动力构件使用原理结构示意图；

图5为控制系统的主要结构示意图。

具体实施方式

实施例1、图1～图5给出了一种微动力的调节实验装置，包括用于调节试验的微动力构件501，用于微动力构件501的定位与调整的定位调整系统，用于获取微动力构件501的试验数据的传感器系统，用于控制微动力构件501以及传感器系统数据读取的控制系统。

定位调整系统包括实验台支架101、升降工作台102、夹紧钳109、顶板104、夹紧钳调整螺杆103、升降台调整螺杆105、光杠201、直线轴承202、滚珠丝杠螺母Ⅰ204、滚珠丝杠螺母组Ⅱ107、螺钉组Ⅰ203、螺钉组Ⅱ106、螺钉组Ⅲ108；传感器系统包括微位移传感器301、磁路Ⅰ拾磁环302、温度传感器303、粘贴式应变计304、磁路Ⅱ拾磁环305、微力传感器306以及压力传感器307；微动力构件501包括超磁致伸缩薄片402、压电陶瓷薄片403、永磁铁404、固定轭405、移动轭407、电极401以及气隙406；控制系统包括信号放大器502、信号综合分析控制器503、计算机504、信号发生器505、功率放大器506以及驱动电源507。

实验台支架101上方为工作台支架110（实验台支架101与工作台支架110整体构造），工作台支架110的上方为设置有顶板104（顶板104通过螺钉组Ⅱ106与工作台支架110的上端相互固定）；在实验台支架101上设置珠丝杠组件Ⅰ，珠丝杠组件Ⅰ由升降台调整螺杆105和滚珠丝杠螺母Ⅰ204构成；实验台支架101上竖直固定升降台调整螺杆105，升降台调整螺杆105的上端通过挡块Ⅱ206固定（通过挡块Ⅱ206将升降台调整螺杆105与顶板104夹紧）在顶板104上，挡块Ⅱ206通过螺钉组Ⅵ205与顶板104固定连接；升降台调整螺杆105两侧的实验台支架101上设置有与升降台调整螺杆105相互平行的光杠201，光杠201通过顶板104压紧后，再通过螺钉组Ⅱ106将顶板104和实验台支架101相互固定；设置在升降台调整螺杆105上的滚珠丝杠螺母Ⅰ204通过螺钉组Ⅰ203固定升降工作台102（升降工作台102通过方孔套装在工作台支架110上），升降工作台102内设置直线轴承202，直线轴承202套装在光杠201上，通过光杠201增加升降工作台102升、降的时候的稳定性；升降工作台102的正上方设置微动力构件501，相对应于微动力构件501，在工作台支架110上设置微动力构件夹紧机构，微动力构件夹紧机构为双螺旋自定心夹紧机构，由夹紧钳109和滚珠丝杠组件Ⅱ构成；滚珠丝杠组件Ⅱ包括夹紧钳调整螺杆103和设置在夹紧钳调整螺杆103上的滚珠丝杠螺母组107，夹紧钳调整螺杆103由两段旋向相反的螺杆通过联轴器连接而成；滚珠丝杠螺母组107由两个旋向相反的滚珠丝杠螺母Ⅱ构成；两个旋向相反的滚珠丝杠螺母Ⅱ分别设置在两段旋向相反的螺杆上；夹紧钳109分为左、右两部分，并分别设置在两个旋向相反的滚珠丝杠螺母Ⅱ上；夹紧钳调整螺杆103通过挡块Ⅰ111器固定在工作台支架110（挡块Ⅰ111卡紧夹紧钳调整螺杆103）上，挡块Ⅰ111再通过螺钉组Ⅳ112固定在工作台支架110上。

微动力构件501包括固定轭405和移动轭407，固定轭405和移动轭407之间设置有气隙406；固定轭405分为左、右两部分，左、右两部分固定轭405之间分别通过相互平行的超磁致伸缩薄片402和永磁铁404相互连接；通过超磁致伸缩薄片402、永磁铁404以及超磁致伸缩薄片402和永磁铁404之间的左、右两部分固定轭405形成磁路Ⅰ，再通过移动轭407和超磁致伸缩薄片402和永磁铁404之外的左、右两部分固定轭405形成磁路Ⅱ；超磁致伸缩薄片402的正、反两面分别黏贴有压电陶瓷薄片403，两片压电陶瓷薄片403上分别设置有电极401；左、右两端的固定轭405分别被夹紧钳109夹持。

移动轭407的正下方设置有微力传感器306，微力传感器306用来测量动轭405所受的微力；固定轭405和移动轭407之间的气隙406上设置微位移传感器301，微位移传感器301用来测量动轭的微小位移量；磁路Ⅰ拾磁环302套在超磁致伸缩薄片402上，超磁致伸缩薄片402的前侧面或者后侧面分别设置温度传感器303和粘贴式应变计304，超磁致伸缩薄片拾磁环302用来测量高频激励时超磁致伸缩片402中的磁通变化量，温度传感器303用来测量超磁致伸缩片402的工作温度，粘贴式应变计304用来测量超磁致伸缩片402的应变量；移动轭407的导磁柱上套装磁路Ⅱ拾磁环305，磁路Ⅱ拾磁环305用来测量高频激励时磁路Ⅱ中的磁通变化量；左、右两端的固定轭405与夹紧钳109之间设置压力传感器307，压力传感器307用来测量夹紧钳109的夹紧力。

信号放大器502、信号综合分析控制器503、计算机504、信号发生器505、功率放大器506以及驱动电源507顺次连接；微位移传感器301、磁路Ⅰ拾磁环302、温度传感器303、粘贴式应变计304、磁路Ⅱ拾磁环305、微力传感器306以及压力传感器307分别与信号放大器502（相对于微位移传感器301、磁路Ⅰ拾磁环302、温度传感器303、粘贴式应变计304、磁路Ⅱ拾磁环305、微力传感器306以及压力传感器307分别设置相应的信号放大器502）信号连接；驱动电源507分别与正、反两面压电陶瓷薄片403上的电极401电连接。

夹紧钳调整螺杆103和升降台调整螺杆105上均设置有限位挡环，通过限位挡环进行夹紧钳调整螺杆103和升降台调整螺杆105的轴向定位。信号综合分析控制器503中内置依次信号连接的数据采集卡、模数转换器、单片机以及数模转换器；单片机和数模转换器之间设置有光耦隔离器，通过光耦隔离器可以提高信号综合分析控制器503的抗干扰能力；数据采集卡采集微位移传感器301、磁路Ⅰ拾磁环302、温度传感器303、粘贴式应变计304、磁路Ⅱ拾磁环305、微力传感器306以及压力传感器307的采集信号（为模拟信号），再通过模数转换器将这些模拟信号转换成数字信号，并将数字信号输入到单片机进行数据处理，通过数据处理后的信息通过数模转换器重新转换成模拟信号输出到计算机504。

以上所述的微位移传感器301、温度传感器303、粘贴式应变计304、微力传感器306、压力传感器307、信号放大器502、信号综合分析控制器503中各组成器件、计算机504、信号发生器505、功率放大器506以及驱动电源507均为市购获得。

实际使用的时候，步骤如下：

通过超磁致伸缩薄片402、永磁铁404以及超磁致伸缩薄片402和永磁铁404之间的左、右两部分固定轭405形成磁路Ⅰ，再通过移动轭407和超磁致伸缩薄片402和永磁铁404之外的左、右两部分固定轭405形成磁路Ⅱ；计算机504发出控制信号，控制信号依次经过信号发生器505和功率放大器506后，控制驱动电源507通过电极401给压电陶瓷薄片403提供高压电；

通过微位移传感器301、磁路Ⅰ拾磁环302、温度传感器303、粘贴式应变计304、磁路Ⅱ拾磁环305、微力传感器306以及压力传感器307记录微动力构件501内的各种数据，再将记录的数据依次通过信号放大器502以及信号综合分析控制器503输入到计算机504中，由计算机504进行最终的参数显示；

通过此时显示的参数，计算机504可以发出各种实验指令，实验指令分别依次通过信号发生器505、功率放大器506以及驱动电源507传递到微动力构件501，再由微动力构件501内的微位移传感器301、磁路Ⅰ拾磁环302、温度传感器303、粘贴式应变计304、磁路Ⅱ拾磁环305、微力传感器306以及压力传感器307获得新一轮的各种数据。

通过以上所述的多次试验，就能获得较多的相关数据，即达到微动力的调节实验的试验目的。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.微动力的调节实验装置，包括微动力构件（501）、定位调整系统、传感器系统以及控制系统；其特征是：所述定位调整系统上设置微动力构件（501）；

所述微动力构件（501）内设置传感器系统；

所述控制系统与传感器系统之间信号相连接。

2.根据权利要求1所述的微动力的调节实验装置，其特征是：所述定位调整系统包括实验台支架（101），实验台支架（101）上设置有滚珠丝杠组件Ⅰ，所述滚珠丝杠组件Ⅰ的升降台调整螺杆（105）竖直固定在实验台支架（101）上，所述升降台调整螺杆（105）上的滚珠丝杠螺母Ⅰ（204）上设置有升降工作台（102）；所述升降工作台（102）的正上方设置微动力构件（501）；相对应于微动力构件（501），在实验台支架（101）上设置有微动力构件夹紧机构。

3.根据权利要求2所述的微动力的调节实验装置，其特征是：所述微动力构件夹紧机构为双螺旋自定心夹紧机构，包括夹紧钳（109）和滚珠丝杠组件Ⅱ；

滚珠丝杠组件Ⅱ包括夹紧钳调整螺杆（103）和滚珠丝杠螺母组（107）；

所述夹紧钳调整螺杆（103）由两段旋向相反的螺杆通过联轴器连接而成，滚珠丝杠螺母组（107）由两个旋向相反的滚珠丝杠螺母Ⅱ构成，所述两个滚珠丝杠螺母Ⅱ分别设置在两段旋向相反的螺杆上；

两个滚珠丝杠螺母Ⅱ上分别设置夹紧钳（109），通过夹紧钳（109）夹持微动力构件（501）。

4.根据权利要求3所述的微动力的调节实验装置，其特征是：所述微动力构件（501）包括固定轭（405）和移动轭（407），所述固定轭（405）和移动轭（407）之间设置有气隙（406）；

所述固定轭（405）分为左、右两部分，所述左、右两部分固定轭（405）之间分别通过相互平行的超磁致伸缩薄片（402）和永磁铁（404）相互连接；

所述超磁致伸缩薄片（402）的正、反两面分别设置有压电陶瓷薄片（403），所述正、反两面的压电陶瓷薄片（403）上分别设置有电极（401）；

所述左、右两端的固定轭（405）分别被夹紧钳（109）夹持。

5.根据权利要求4所述的微动力的调节实验装置，其特征是：所述传感器系统包括微位移传感器（301）、磁路Ⅰ拾磁环（302）、温度传感器（303）、粘贴式应变计（304）、磁路Ⅱ拾磁环（305）、微力传感器（306）和压力传感器（307）；

所述移动轭（407）的正下方设置微力传感器（306）；

所述固定轭（405）和移动轭（407）之间的气隙（406）内设置微位移传感器（301）；

所述超磁致伸缩薄片（402）的侧面分别设置温度传感器（303）和粘贴式应变计（304），磁路Ⅰ拾磁环（302）套在超磁致伸缩薄片（402）上；

移动轭（407）的导磁柱上套装磁路Ⅱ拾磁环（305）；

所述左、右两端的固定轭（405）与夹紧钳（109）之间设置压力传感器（307）。

6.根据权利要求5所述的微动力的调节实验装置，其特征是：所述控制系统包括信号放大器（502）、信号综合分析控制器（503）、计算机（504）、信号发生器（505）、功率放大器（506）以及驱动电源（507）；

所述信号放大器（502）、信号综合分析控制器（503）、计算机（504）、信号发生器（505）、功率放大器（506）以及驱动电源（507）顺次连接；

所述微位移传感器（301）、磁路Ⅰ拾磁环（302）、温度传感器（303）、粘贴式应变计（304）、磁路Ⅱ拾磁环（305）、微力传感器（306）以及压力传感器（307）分别与信号放大器（502）信号连接；

所述驱动电源（507）分别与压电陶瓷薄片（403）正、反两侧上的电极（401）电连接。

7.根据权利要求6所述的微动力的调节实验装置，其特征是：所述夹紧钳调整螺杆（103）和升降台调整螺杆（105）上均设置有限位挡环。

8.根据权利要求7所述的微动力的调节实验装置，其特征是：所述信号综合分析控制器（503）包括依次信号连接的数据采集卡、模数转换器、单片机以及数模转换器；

所述单片机与数模转换器之间设置有光耦隔离器。