一種主動式壓電陶瓷最大輸出力測量裝置，以解決現有壓電陶瓷的最大輸出力測量方式無法實現壓電陶瓷力輸出時位移輸出為零的問題。預緊螺栓與調節螺紋孔螺紋連接，第二預緊楔塊、第一預緊楔塊和驅動陶瓷由上至下依次設置在豎孔中，驅動框架設置在調節框架內且位于連接板的前端，鎖緊螺栓與鎖緊螺紋孔螺紋連接，力傳感器設置在調節框架內的底面，測量支撐臺設置在力傳感器的上面且與力傳感器螺紋連接，位移傳感器設置在測量支撐臺的上面，反射片粘貼在驅動框架的下面，調節框架通過連接螺栓固裝在安裝平臺。該裝置可檢測零位移輸出時激勵電壓與力輸出的關系，相同電壓下位移輸出與力輸出的關系等，用于描述壓電陶瓷的力輸出特性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種壓電陶瓷輸出力的測量裝置，具體涉及一種主動式壓電陶瓷最大輸出力測量裝置。
技術介紹
壓電陶瓷作為一種具有壓電效應的高效換能材料，其制作簡單，成本低廉，工作效率高等優點，通常被用作敏感元件制作成高精度傳感器使用，或者是被作為驅動元件被封裝成各種為微驅動平臺。被用于激光陀螺、超聲馬達、水聲通信、涉及航天、生物科技、水聲通信等方面。在針對壓電陶瓷的研究中，電壓-位移輸出曲線和電壓-力輸出曲線是描述壓電陶瓷特性的重要數據。對于壓電陶瓷的最大位移輸出的測量是很方便的，然而壓電陶瓷最大輸出力的直接測量卻不是很容易實現。這是由于壓電陶瓷的力輸出特點決定的。壓電陶瓷的力輸出與位移輸出成負相關。在位移輸出為零時壓電陶瓷的力輸出最大，當位移輸出最大時，壓電陶瓷的力輸出為零。由于壓電陶瓷的力輸出非常大，所以在應用傳統的測量方法測量力輸出的過程中，壓電陶瓷會產生一定的伸長量，使得此時的力輸出不是最大的力輸出值。這也是壓電陶瓷最大輸出力測量的難點之一。現有的測量的方式是通過測量位移輸出與對應的力輸出的值，通過胡克定律進行計算，間接推算出壓電陶瓷在零位移輸出時的最大里輸出值。這種方法要求壓電陶瓷在通電伸長后依然具有與未通電狀態時一樣的力學特性，依然嚴格滿足胡克定律，同時這種方法也忽略了壓電陶瓷在通電后內部帶電粒子在電場中的力學特性。在當今壓電陶瓷應用越來越廣泛，應用精度要求越來越高的情況下，精確的測量壓電陶瓷的力輸出特性的要求也被廣泛提出。本專利技術主要針對現有壓電陶瓷的最大輸出力測量方式的局限性，例如無法實現壓電陶瓷力輸出時位移輸出為零、無法實現測量不同位移輸出時的力輸出值、不能準確的標定出不同位移輸出時的力輸出值、依靠胡克定律進行推算所導致的對帶電粒子在電場中所受庫侖力的忽略等問題。提出了一種主動式測量具有大剛性的壓電陶瓷材料力輸出特性的裝置。
技術實現思路
本專利技術為解決現有壓電陶瓷的最大輸出力測量方式有局限性，無法實現壓電陶瓷力輸出時位移輸出為零，無法實現測量不同位移輸出時的力輸出值，不能準確的標定出不同位移輸出時的力輸出值，依靠胡克定律進行推算所導致的對帶電粒子在電場中所受庫侖力的問題，而提出了一種主動式壓電陶瓷最大輸出力測量裝置。本專利技術的一種主動式壓電陶瓷最大輸出力測量裝置，其組成包括宏觀調節部件、微位移驅動部件、力測量部件和位移測量部件；宏觀調節部件包括預緊螺栓、調節框架、兩個鎖緊螺栓、兩個連接螺栓和兩個定位螺釘，微位移驅動部件包括驅動框架、驅動陶瓷、第一預緊楔塊、第二預緊楔塊和楔塊鎖緊螺栓，力測量部件包括測量支撐臺和力傳感器，位移測量部件包括位移傳感器和反射片；所述調節框架的上橫框中心部位設有調節螺紋孔，所述調節框架的左側豎框上設有兩個定位螺紋孔，所述調節框架的后端設有連接板，連接板設有兩個鎖緊螺紋孔，預緊螺栓與調節螺紋孔螺紋連接；所述驅動框架上設有豎孔和橫孔，橫孔位于驅動框架的下端，豎孔垂直設置在橫孔的上端，且豎孔與橫孔相通，橫孔的下底邊中部設有凸起，第二預緊楔塊、第一預緊楔塊和驅動陶瓷由上至下依次設置在豎孔中，第二預緊楔塊和第一預緊楔塊對應的驅動框架側壁上設有楔塊鎖緊螺紋孔，所述驅動框架設置在調節框架內且位于連接板的前端，定位螺釘與定位螺紋孔螺紋連接，驅動框架上設有兩個長孔，兩個長孔與兩個鎖緊螺紋孔一一正對，鎖緊螺栓與鎖緊螺紋孔螺紋連接，力傳感器設置在調節框架內的底面，測量支撐臺設置在力傳感器的上面且與力傳感器螺紋連接，位移傳感器設置在測量支撐臺的上面，反射片粘貼在驅動框架的下面，調節框架通過連接螺栓固裝在安裝平臺。本專利技術與現有技術相比具有以下有益效果：一、本專利技術通過宏觀調節部件與微位移驅動部件的配合，對壓電陶瓷所受外界力進行控制。進而實現壓電陶瓷輸出位移的精確可控，并通過力測量部件測量壓電陶瓷相應位移輸出(包含零位移輸出)時的力輸出值，進而實現壓電陶瓷位移輸出與力輸出曲線和電壓與最大力輸出曲線的標定。二、由于測量時模擬的是壓電陶瓷在不輸出位移的情況下的力輸出狀態，是比較接近真實情況下壓電陶瓷的沒有位移的情況下力輸出的值，因此本專利技術測量更加準確。三、本專利技術是直接通過一定的方式激發出壓電陶瓷的最大輸出力，并直接用力傳感器讀出，不需要像通常的測量方式那樣要進行推算，就不會引入其他參數如楊氏模量等的誤差，結果更加清晰，因此，本專利技術測量結果更加直接。附圖說明圖1是本專利技術的整體結構立體圖；圖2是調節框架2的主視圖；圖3是驅動框架3的立體圖；圖4是驅動框架3的主視圖；圖5是本專利技術的測量方法中步驟一的示意圖；圖6是本專利技術的測量方法中步驟二的示意圖；圖7是本專利技術的測量方法中步驟三的示意圖；圖8是本專利技術的測量方法中步驟四的示意圖。具體實施方式具體實施方式一：結合圖1～圖4說明本實施方式，本實施方式包括宏觀調節部件A、微位移驅動部件B、力測量部件C和位移測量部件D；宏觀調節部件A包括預緊螺栓1、調節框架2、兩個鎖緊螺栓4、兩個連接螺栓9和兩個定位螺釘13，微位移驅動部件B包括驅動框架3、驅動陶瓷5、第一預緊楔塊14、第二預緊楔塊15和楔塊鎖緊螺栓16，力測量部件C包括測量支撐臺7和力傳感器8，位移測量部件D包括位移傳感器11和反射片12；所述調節框架2的上橫框中心部位設有調節螺紋孔2-1所述調節框架2的左側豎框上設有兩個定位螺紋孔2-3，所述調節框架2的后端設有連接板2-4，連接板2-4設有兩個鎖緊螺紋孔2-5，預緊螺栓1與調節螺紋孔2-1螺紋連接；所述驅動框架3上設有豎孔3-1和橫孔3-2，橫孔3-2位于驅動框架3的下端，豎孔3-1垂直設置在橫孔3-2的上端，且豎孔3-1與橫孔3-2相通，橫孔3-2的下底邊中部設有凸起3-3，第二預緊楔塊15、第一預緊楔塊14和驅動陶瓷5由上至下依次設置在豎孔3-1中，第二預緊楔塊15和第一預緊楔塊14對應的驅動框架3側壁上設有楔塊鎖緊螺紋孔3-4，所述驅動框架3設置在調節框架2內且位于連接板2-4的前端，定位螺釘13與定位螺紋孔2-3螺紋連接，驅動框架3上設有兩個長孔3-5，兩個長孔3-5與兩個鎖緊螺紋孔2-5一一正對，鎖緊螺栓4與鎖緊螺紋孔2-5螺紋連接，力傳感器8設置在調節框架2內的底面，測量支撐臺7設置在力傳感器8的上面且與力傳感器8螺紋連接，位移傳感器11設置在測量支撐臺7的上面，反射片12粘貼在驅動框架3的下面，調節框架2通過連接螺栓9固裝在安裝平臺10。預緊螺栓1的主要作用是實現微位移驅動部件B的向下的移動，為被測壓電陶瓷6留出伸長的空間，同時也可實現測量過程中微位移驅動部件B與被測壓電陶瓷6的接觸。鎖緊螺栓4的作用是實現微位移驅動部件B定位后的鎖緊，防止通電后宏觀調節部件A與微位移驅動部件B的相對滑動。定位螺釘13的作用是在預緊螺栓1調整好微位移驅動部件B的位置后鎖緊定位螺釘13，防止在后續擰鎖緊螺栓4的過程中微位移驅動部件B滑動。驅動陶瓷5是整個裝置中微觀運動的驅動源，通電伸長后使得柔性鉸鏈變形，給被測量的壓電陶瓷6施加一個壓力，使其回到原長的位置。第一預緊楔塊14、第二預緊楔塊15的作用是與楔塊鎖緊螺栓16一起實現驅動陶瓷5在驅動框架3中的預緊安裝。楔塊預緊螺栓16為防止發生干涉，在框架的另外一側布置的是一個沉頭孔。測量支撐臺7的作用是為位移傳感器11的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種主動式壓電陶瓷最大輸出力測量裝置，其特征在于：所述測量裝置包括宏觀調節部件(A)、微位移驅動部件(B)、力測量部件(C)和位移測量部件(D)；宏觀調節部件(A)包括預緊螺栓(1)、調節框架(2)、兩個鎖緊螺栓(4)、兩個連接螺栓(9)和兩個定位螺釘(13)，微位移驅動部件(B)包括驅動框架(3)、驅動陶瓷(5)、第一預緊楔塊(14)、第二預緊楔塊(15)和楔塊鎖緊螺栓(16)，力測量部件(C)包括測量支撐臺(7)和力傳感器(8)，位移測量部件(D)包括位移傳感器(11)和反射片(12)；所述調節框架(2)的上橫框中心部位設有調節螺紋孔(2?1)，所述調節框架(2)的左側豎框上設有兩個定位螺紋孔(2?3)，所述調節框架(2)的后端設有連接板(2?4)，連接板(2?4)設有兩個鎖緊螺紋孔(2?5)，預緊螺栓(1)與調節螺紋孔(2?1)螺紋連接；所述驅動框架(3)上設有豎孔(3?1)和橫孔(3?2)，橫孔(3?2)位于驅動框架(3)的下端，豎孔(3?1)垂直設置在橫孔(3?2)的上端，且豎孔(3?1)與橫孔(3?2)相通，橫孔(3?2)的下底邊中部設有凸起(3?3)，第二預緊楔塊(15)、第一預緊楔塊(14)和驅動陶瓷(5)由上至下依次設置在豎孔(3?1)中，第二預緊楔塊(15)和第一預緊楔塊(14)對應的驅動框架(3)側壁上設有楔塊鎖緊螺紋孔(3?4)，所述驅動框架(3)設置在調節框架(2)內且位于連接板(2?4)的前端，定位螺釘(13)與定位螺紋孔(2?3)螺紋連接，驅動框架(3)上設有兩個長孔(3?5)，兩個長孔(3?5)與兩個鎖緊螺紋孔(2?5)一一正對，鎖緊螺栓(4)與鎖緊螺紋孔(2?5)螺紋連接，力傳感器(8)設置在調節框架(2)內的底面，測量支撐臺(7)設置在力傳感器(8)的上面且與力傳感器(8)螺紋連接，位移傳感器(11)設置在測量支撐臺(7)的上面，反射片(12)粘貼在驅動框架(3)的下面，調節框架(2)通過連接螺栓(9)固裝在安裝平臺(10)。...
【技術特征摘要】
1.一種主動式壓電陶瓷最大輸出力測量裝置，其特征在于：所述測量裝置包括宏觀調節部件(A)、微位移驅動部件(B)、力測量部件(C)和位移測量部件(D)；宏觀調節部件(A)包括預緊螺栓(1)、調節框架(2)、兩個鎖緊螺栓(4)、兩個連接螺栓(9)和兩個定位螺釘(13)，微位移驅動部件(B)包括驅動框架(3)、驅動陶瓷(5)、第一預緊楔塊(14)、第二預緊楔塊(15)和楔塊鎖緊螺栓(16)，力測量部件(C)包括測量支撐臺(7)和力傳感器(8)，位移測量部件(D)包括位移傳感器(11)和反射片(12)；所述調節框架(2)的上橫框中心部位設有調節螺紋孔(2-1)，所述調節框架(2)的左側豎框上設有兩個定位螺紋孔(2-3)，所述調節框架(2)的后端設有連接板(2-4)，連接板(2-4)設有兩個鎖緊螺紋孔(2-5)，預緊螺栓(1)與調節螺紋孔(2-1)螺紋連接；所述驅動框架(3)上設有豎孔(3-1)和橫孔(3-2)，橫孔(3-2)位于驅動框架(3)的下端，豎孔(3-1)垂直設置在橫孔(3-2)的上端，且豎孔(3-1)與橫孔(3-2)相通，橫孔(3-2)的下底邊中部設有凸起(3-3)，第二預緊楔塊(15)、第一預緊楔塊(14)和驅動陶瓷(5)由上至下依次設置在豎孔(3-1)中，第二預緊楔塊(15)和第一預緊楔塊(14)對應的驅動框架(3)側壁上設有楔塊鎖緊螺紋孔(3-4)，所述驅動框架(3)設置在調節框...
【專利技術屬性】
技術研發人員：榮偉彬，裴智超，張廷宇，王樂鋒，孫立寧，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23
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