一種低厚度含二級(jí)放大的二維快速偏轉(zhuǎn)裝置及其偏轉(zhuǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光束控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低厚度含二級(jí)放大的二維快速偏轉(zhuǎn)反射裝置及其偏轉(zhuǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)、生物工程、航天工程等學(xué)科的迅速發(fā)展，二維快速偏轉(zhuǎn)反射鏡在軍用目標(biāo)掃描探測(cè)、跟蹤、瞄準(zhǔn)以及天文望遠(yuǎn)鏡、圖像穩(wěn)定，以及航天器精確指向以及激光通信得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮著日益重要的作用。壓電作動(dòng)器具有尺寸小、重量輕、功耗低、輸出力大、發(fā)熱小的特點(diǎn)。柔性鉸鏈的具有結(jié)構(gòu)緊湊，無機(jī)械摩擦，傳動(dòng)精度高等特點(diǎn)。但是壓電堆直接驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)往往輸出位移小，從而基于壓電堆直接驅(qū)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)鏡往往偏轉(zhuǎn)范圍小，難以滿足要求大掃描范圍的要求，且高度較高限制其在對(duì)高度有要求的場(chǎng)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種低厚度含二級(jí)放大的二維快速偏轉(zhuǎn)裝置及其偏轉(zhuǎn)方法，該裝置具有尺寸小、低功耗、高精度、低厚度的特點(diǎn)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種低厚度含二級(jí)放大的二維快速偏轉(zhuǎn)裝置，包括位于X偏轉(zhuǎn)軸并關(guān)于Y偏轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)A和第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)C，位于Y偏轉(zhuǎn)軸并關(guān)于X偏轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)B和第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)D，所述X偏轉(zhuǎn)軸和Y偏轉(zhuǎn)軸垂直并位于同一平面內(nèi)；所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)A包括橋式位移放大機(jī)構(gòu)2及壓電堆3和L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5，所述橋式位移放大機(jī)構(gòu)2水平放置在底座1上，短軸沿X方向布置，長(zhǎng)軸沿Y方向布置，壓電堆3布置在橋式位移放大機(jī)構(gòu)2長(zhǎng)軸方向，橋式位移放大機(jī)構(gòu)2短軸一邊與底座1上的凸臺(tái)連接，另一邊通過柔性鉸鏈與L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5的短邊相連；L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5整體位于垂直于橋式位移放大機(jī)構(gòu)2所在平面的Χ0Ζ平面內(nèi)，短邊位于Z軸方向，長(zhǎng)邊位于X軸方向山形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5在直角頂點(diǎn)處通過一柔性鉸鏈與固定在底座1上的立柱4相連接，L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5長(zhǎng)邊通過柔性鉸鏈與底座1凸臺(tái)上的鏡面支撐體相連接；所述第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)B、第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)C和第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)D的結(jié)構(gòu)及尺寸與第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)A相同，分別通過L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)長(zhǎng)邊與鏡面支撐體采用柔性鉸鏈相連接，形成一個(gè)“十”字結(jié)構(gòu)，在位于“十”字交叉點(diǎn)處的鏡面支撐體上安裝不同尺寸的反射鏡10。
[0006]上述所述的低厚度含二級(jí)放大的二維快速偏轉(zhuǎn)裝置的偏轉(zhuǎn)方法，對(duì)于第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)A，當(dāng)壓電堆3在逆壓電效應(yīng)作用下沿著軸向伸長(zhǎng)時(shí)，橋式位移放大機(jī)構(gòu)2的短軸方向產(chǎn)生位移，因此，橋式位移放大機(jī)構(gòu)2驅(qū)動(dòng)L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5繞著立柱4上的柔性鉸鏈偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，基于杠桿原理，L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5的另一端即長(zhǎng)邊會(huì)在Z方向上產(chǎn)生一個(gè)更大的位移；由于四個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸均相同，因此，當(dāng)每一軸下的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在差分信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下使相對(duì)的L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)，鏡面支撐體及其上安裝的反射鏡10在柔性鉸鏈的連接帶動(dòng)下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)；若在L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)的短邊端產(chǎn)生水平位移δ 1，經(jīng)過杠桿位移放大后在L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)邊端產(chǎn)生豎直方向位移δ 2，且δ 2 = b.δ 1/a。偏轉(zhuǎn)角近似計(jì)算為:Θ ^ arctan (2.δ 2/1)。
[0007]和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0008]1)、結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，尤其是高度低，適合對(duì)高度有要求尤其是低高度的場(chǎng)合。
[0009]2)、位移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)壓電堆直接位移的二級(jí)放大，反射鏡偏轉(zhuǎn)范圍大。
[0010]3)、裝置整體剛度高，諧振頻率高，作動(dòng)帶寬高，響應(yīng)速度快。
[0011]4)、雙軸正交，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，連接部分無摩擦可實(shí)現(xiàn)角度精確控制。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明裝置正等測(cè)視圖。
[0013]圖2為本發(fā)明裝置側(cè)視圖。
[0014]圖3為L(zhǎng)形位移放大結(jié)構(gòu)及其后續(xù)結(jié)構(gòu)變形前后圖。
[0015]圖4為X軸或Υ軸偏轉(zhuǎn)簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種低厚度含二級(jí)放大的二維快速偏轉(zhuǎn)裝置，包括位于X偏轉(zhuǎn)軸并關(guān)于Υ偏轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Α和第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)C，位于Y偏轉(zhuǎn)軸并關(guān)于X偏轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)B和第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)D，所述X偏轉(zhuǎn)軸和Y偏轉(zhuǎn)軸垂直并位于同一平面內(nèi)；所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)A包括橋式位移放大機(jī)構(gòu)2及壓電堆3和L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5，所述橋式位移放大機(jī)構(gòu)2水平放置，短軸沿X方向布置，長(zhǎng)軸沿Y方向布置，壓電堆3布置在橋式位移放大機(jī)構(gòu)2長(zhǎng)軸方向，橋式位移放大機(jī)構(gòu)2短軸一邊與底座1上的凸臺(tái)連接，另一邊通過柔性鉸鏈與L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5的短邊相連；L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5整體位于垂直于橋式位移放大機(jī)構(gòu)2所在平面的Χ0Ζ平面內(nèi)，短邊位于Z軸方向，長(zhǎng)邊位于X軸方向；L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5在直角頂點(diǎn)處通過一柔性鉸鏈與固定在底座1上的立柱4相連接，L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)5長(zhǎng)邊通過柔性鉸鏈與鏡面支撐體相連接；所述第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)B、第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)C和第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)D的結(jié)構(gòu)及尺寸與第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)A相同，分別通過L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)長(zhǎng)邊與鏡面支撐體采用柔性鉸鏈相連接，形成一個(gè)“十”字結(jié)構(gòu)，在位于“十”字交叉點(diǎn)處的鏡面支撐體上安裝不同尺寸的反射鏡10。
[0017]如圖1所示，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)B包括第二橋式位移放大機(jī)構(gòu)6及第二壓電堆7和第二 L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)8，所述第二橋式位移放大機(jī)構(gòu)6水平放置在底座1上，短軸沿X方向布置，長(zhǎng)軸沿Y方向布置，第二壓電堆7布置在第二橋式位移放大機(jī)構(gòu)6長(zhǎng)軸方向，第二橋式位移放大機(jī)構(gòu)6短軸一邊與底座1上的凸臺(tái)連接，另一邊通過柔性鉸鏈與第二 L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)8的短邊相連，第二 L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)8整體位于垂直于第二橋式位移放大機(jī)構(gòu)6所在平面的Υ0Ζ平面內(nèi)，短邊位于Z軸方向，長(zhǎng)邊位于X軸方向；第二L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)8在直角頂點(diǎn)處通過一柔性鉸鏈與固定在底座1上的第二立柱9相連接。
[0018]如圖1所示，第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)C包括第三橋式位移放大機(jī)構(gòu)14及第三壓電堆13和第三L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)11，所述第三橋式位移放大機(jī)構(gòu)14水平放置，短軸沿X方向布置，長(zhǎng)軸沿Y方向布置，第三壓電堆13布置在第三橋式位移放大機(jī)構(gòu)14長(zhǎng)軸方向，第三橋式位移放大機(jī)構(gòu)14短軸一邊與底座1上的凸臺(tái)連接，另一邊通過柔性鉸鏈與第三L形杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)11的短邊相連，第三L形杠桿式位