基于潘式壓電馬達(dá)的毫米行程納米位移臺(tái)的研究.pdf

1、精密定位技術(shù)作為微觀領(lǐng)域研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，其技術(shù)水平直接影響到微觀領(lǐng)域的研究水平。微行程精密定位技術(shù)雖然發(fā)展得比較成熟，但大行程精密定位技術(shù)由于具有更大的定位行程，所以其應(yīng)用范圍更廣，也更具有研究意義與價(jià)值。本論文旨在設(shè)計(jì)一套基于潘式壓電馬達(dá)的二維毫米級(jí)行程納米位移臺(tái)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)行程的納米級(jí)精密定位。
　　論文綜合分析了微行程精密定位技術(shù)以及大行程精密定位技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，描述了潘式壓電馬達(dá)的步進(jìn)原理，基于該原理設(shè)計(jì)

2、了二維毫米級(jí)行程的納米位移臺(tái)的總體機(jī)械機(jī)構(gòu)，基于直流放大式電壓驅(qū)動(dòng)方法，采用OP07和PA85放大器芯片設(shè)計(jì)了用于驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷疊堆的電壓放大電路，采用VC++編寫MFC軟件實(shí)現(xiàn)凌華PCI6216V型模擬輸出卡輸出電壓的可編程控制以及安捷倫N1231B型激光干涉儀測量板卡的數(shù)據(jù)讀取及保存，設(shè)計(jì)了基于外差激光干涉測量原理的微位移測量系統(tǒng)，結(jié)合壓電電壓放大電路及MFC軟件構(gòu)建了壓電陶瓷疊堆及納米位移臺(tái)的微位移測控系統(tǒng)，提出了一種多項(xiàng)式擬合及插

3、值擬合相結(jié)合的壓電陶瓷非線性修正方法，進(jìn)行了納米位移臺(tái)性能測試實(shí)驗(yàn)。
　　為了驗(yàn)證本論文設(shè)計(jì)的納米位移臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)、壓電電壓放大電路、上位機(jī)軟件以及提出的壓電陶瓷非線性修正方法，對(duì)各個(gè)部分以及納米位移臺(tái)整體性能進(jìn)行了仿真或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證，分別進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):(1)光滑支撐塊以及磁性座機(jī)械設(shè)計(jì)的仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果表明，采用石英窗口鏡作為光滑支撐塊時(shí)納米位移臺(tái)的穩(wěn)定性比采用石英平凸透鏡時(shí)好，磁性座的設(shè)計(jì)能使磁鐵的磁力增強(qiáng)。(2)壓電電壓放大電

4、路噪聲和階躍響應(yīng)測試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該電路的最大噪聲為66mV，該噪聲引起的位移波動(dòng)為0.7nm，該電路的最大電壓階躍響應(yīng)時(shí)間為40μs，能夠滿足納米位移臺(tái)的頻率要求。(3)上位機(jī)軟件性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所編寫的程序能夠輸出納米位移臺(tái)步進(jìn)所需的電壓信號(hào)。(4)壓電陶瓷疊堆不良特性檢測及非線性修正實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該非線性修正方法能夠使非線性誤差降低89％。(5)納米位移臺(tái)測量裝置的測量穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置X方向