步进式压电作动器的结构设计

为了将压电作动器用于光学领域,设计了一种利用压电叠堆作为驱动元件的作动器,研究了压电叠堆作动器的步进特性。首先,说明了作动器的放大效应是基于三角放大原理;然后,通过ANSYS的APDL语言实现了对原三角结构尺寸的优化;最后,用激光干涉仪测得作动器的放大倍数可以到达7,并且通过加载阶梯电压,验证了其步进精度可达22nm,实现了纳米级的定位和工作,为该款作动器在高精度显微镜上的应用打下了基础。

应用于干涉显微镜的直线压电作动器

提出了应用于干涉显微镜焦距调节的直线压电叠堆作动器和微动台。介绍了基于三角位移放大原理的压电作动器结构设计,利用ANSYS的APDL语言实现了对作动器钢架结构的建模,并采用Optimus中自带的差分进化算法(DE)对其结构尺寸进行了优化。制作了实验样机,激光干涉实验表明:当驱动电压信号幅值为40～100V时,作动器位移放大倍数可以达到7。最后,将设计的直线作动器作为驱动核心安装在自行设计的微动台上,然后将组成的系统用于光学干涉显微镜。实验显示,整个系统在电压为24～40V,阶梯增量电压为0.8V时,步进分辨率可达23nm,满足干涉显微镜细分干涉条纹所需要的直线位移分辨率的要求。