压电宏纤维致动器的双极性非对称迟滞建模及补偿控制

提出了一种双极性非对称改进PI(Bipolar Asymmetric Improved PI,BAIPI)模型描述压电宏纤维(Marco Fi-ber Composite,MFC)的迟滞特性,BAIPI模型利用经典Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型Play算子加权叠加描述MFC的对称迟滞特性,然后叠加...     

四自由度压电自感知微夹钳的设计

为提高压电微夹钳操作的灵活性,省掉用于检测其位移的外部传感器,该文设计了一种新型的四自由度压电微夹钳,并采用自感知方法获得其钳指位移。首先,基于两组空间垂直交叉的横向逆压电效应,设计了在夹持方向和垂直夹持方向上同时运动的四自由度压电微夹钳新结构;其次,基于压电晶片在电压作用下发生变形的同时在其表面产生电荷的思想,提出了电荷积分的自感知方法获取压电微夹钳的钳指位移;最后,通过实验测试了压电微夹钳的静动态特性及位移自感知特性。实验结果表明,基于自感知方法获得的位移与基于传感器获得的结果具有较好的一致性。     

采用相移干涉原理的平面度测量系统误差分析与校正

相移干涉法具有非接触、快速和高精度等优点,采用实验室组建的相移干涉系统进行平面度测量时,会产生280nm左右的测量误差。通过对系统误差的分析,发现由扩束器产生的波像差是测量误差的主要来源。为了校正该测量误差,采用Zernike多项式拟合波前像差,然后在平面度测量时扣除该数值拟合结果。实验结果表明,这种误差校正方法可以使λ/4平面反射镜的测量结果从误差校正前的320nm左右减小到120nm左右。     

边缘驱动双腔可变形透镜的设计及制备

针对基于边缘驱动的可变形透镜无法进行球差像差的问题,该文提出了一种边缘驱动双腔可变形透镜结构。上腔体压电圆环32个致动器,校正除球差外的其余低阶像差,主要包括离焦、像散及慧差的校正。下腔体压电圆环1个致动器,通过与上腔致动器的相互作用,实现球差的校正。搭建了可变形透镜性能测试平台并进行了实验。实验结果表明,该可变形透镜能重构前4阶Zernike像差。     

旋转式自行车停放装置的设计

为解决自行车停放占地的问题,设计了一种旋转式自行车停放装置。这一装置由12套助力连杆机构和1个旋转承载盘组成,助力连杆机构实现自行车的竖直停放,旋转承载盘实现停车装置自身的自由旋转。对所设计的自行车停放装置进行停取车过程力学分析与停放后旋转力学分析,确认这一装置使用时省力,且自行车停放后可处于自锁状态。此外,这一自行车停放装置还具有结构简单、使用方便、空间利用率高等特点。     

模拟退火-爬山混合算法用于无波前传感器快速像差校正

为了校正激光光束波前像差,建立了一种基于压电微变形镜的自适应光学系统。提出了用模拟退火-爬山混合算法来控制系统中37单元单压电片变形镜,补偿激光光束波前像差,实现对光斑的快速校正。提出的混合算法先使用模拟退火算法为爬山法提供一个较好的校正起点,再用爬山法对像差进行精确校正,仅需要少量的模拟退火迭代过程即可提供一个好的校正起点。由于精确校正阶段的爬山法速度快,因此获得相同校正效果需要的迭代次数比普通模拟退火算法减少了50%以上;同时由于爬山法校正起点较好,大大降低了进入局部最优值的可能。最后,实验验证了模拟退火-爬山法对激光光束波前具有更佳的校正效率。     

低噪声压电电荷放大器的设计与实验研究

压电悬臂梁以其优越的性能在微纳米领域得到广泛应用。为了降低压电悬臂梁信号采集中的噪声,该文针对一种冷放电电荷放大器进行了详细的理论与仿真分析。设计实现了电荷 电压灵敏度为23.4 mV/pC的冷放电电荷放大器,并将其应用于压电悬臂梁纳米量级位移信号采集中。实验结果表明,冷放电电荷放大器具有优于经典电荷放大器的噪声特性,与理论预期、仿真分析结果相符。冷放电电荷放大器为低噪声压电信号采集提供了一种新选择。     

基于电荷驱动的多通道压电变形镜电源设计

压电变形镜具有频率响应高,变形量大,稳定性好等优点,已广泛应用于自适应光学领域,但因在电压驱动方式下压电材料迟滞特性较大,使压电变形镜的精确控制难。为降低压电变形镜的迟滞影响,设计了一种基于电荷驱动的多通道压电变形镜驱动电源,介绍了驱动电源的构成及原理,并搭建了一套基于夏克哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台来验证驱动电源的性能。实验结果表明,该驱动电源可有效降低压电变形镜的迟滞效应,整体迟滞约1%,镜面变形的分辨率均方根误差(RMS)值约1.1 nm,能够满足在自适应光学领域对多通道压电变形镜精确控制的要求。     

用于MEMS变形镜的双电极压电厚膜致动器

提出了一种用于MEMS变形镜的双电极驱动的压电陶瓷（PZT）厚膜致动器．采用有限元方法分析致动器变形时的应力分布情况,优化了内外圈电极尺寸,制作了61单元六边形分布的致动器阵列．测试结果表明,致动器在100V工作电压下的;中程约为6．6μm,谐振频率为58kHz,位移迟滞为8％～9％,通过采用单边电压一位移曲线的策略有效降低了位移迟滞,并进一步提出了分时驱动的电路方案．     

压电执行器输出位移的精密自感知

为省掉外部精密位移传感器，进而减小微装配与微操作系统的体积，降低系统成本，采用自感知方法来获取压电执行器的输出位移。首先，基于压电执行器在电压作用下发生变形的同时，还会发生电极化而在其晶片表面产生电荷这一思想，提出了一种非平衡电流积分式压电执行器的位移自感知方法。其次，考虑到压电执行器的漏电流与介电吸收电流，以及运算放大器的偏置电流对自感知精度的影响，给出了能够精确反映压电执行器输出位移的自感知表达式及自感知参数辨识方法。最后，在辨识压电执行器自感知参数的基础上，实验验证了所提精密位移自感知方法的有效性，结果表明，自感知位移具有亚微米级分辨率，为0.24μm;在静态位移自感知方面，在0～118.9μm的位移范围内，自感知位移的最大相对误差为1.17%;在动态位移自感知方面，在0～100 Hz的频率范围内，自感知位移的最大相对误差为1.45%。可知所提出的精密位移自感知方法既能实现静态长时间又能实现动态快速的高精度、高分辨率的位移自感知。