一种主动式压电陶瓷最大输出力测量装置，以解决现有压电陶瓷的最大输出力测量方式无法实现压电陶瓷力输出时位移输出为零的问题。预紧螺栓与调节螺纹孔螺纹连接，第二预紧楔块、第一预紧楔块和驱动陶瓷由上至下依次设置在竖孔中，驱动框架设置在调节框架内且位于连接板的前端，锁紧螺栓与锁紧螺纹孔螺纹连接，力传感器设置在调节框架内的底面，测量支撑台设置在力传感器的上面且与力传感器螺纹连接，位移传感器设置在测量支撑台的上面，反射片粘贴在驱动框架的下面，调节框架通过连接螺栓固装在安装平台。该装置可检测零位移输出时激励电压与力输出的关系，相同电压下位移输出与力输出的关系等，用于描述压电陶瓷的力输出特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种压电陶瓷输出力的测量装置，具体涉及一种主动式压电陶瓷最大输出力测量装置。
技术介绍
压电陶瓷作为一种具有压电效应的高效换能材料，其制作简单，成本低廉，工作效率高等优点，通常被用作敏感元件制作成高精度传感器使用，或者是被作为驱动元件被封装成各种为微驱动平台。被用于激光陀螺、超声马达、水声通信、涉及航天、生物科技、水声通信等方面。在针对压电陶瓷的研究中，电压-位移输出曲线和电压-力输出曲线是描述压电陶瓷特性的重要数据。对于压电陶瓷的最大位移输出的测量是很方便的，然而压电陶瓷最大输出力的直接测量却不是很容易实现。这是由于压电陶瓷的力输出特点决定的。压电陶瓷的力输出与位移输出成负相关。在位移输出为零时压电陶瓷的力输出最大，当位移输出最大时，压电陶瓷的力输出为零。由于压电陶瓷的力输出非常大，所以在应用传统的测量方法测量力输出的过程中，压电陶瓷会产生一定的伸长量，使得此时的力输出不是最大的力输出值。这也是压电陶瓷最大输出力测量的难点之一。现有的测量的方式是通过测量位移输出与对应的力输出的值，通过胡克定律进行计算，间接推算出压电陶瓷在零位移输出时的最大里输出值。这种方法要求压电陶瓷在通电伸长后依然具有与未通电状态时一样的力学特性，依然严格满足胡克定律，同时这种方法也忽略了压电陶瓷在通电后内部带电粒子在电场中的力学特性。在当今压电陶瓷应用越来越广泛，应用精度要求越来越高的情况下，精确的测量压电陶瓷的力输出特性的要求也被广泛提出。本专利技术主要针对现有压电陶瓷的最大输出力测量方式的局限性，例如无法实现压电陶瓷力输出时位移输出为零、无法实现测量不同位移输出时的力输出值、不能准确的标定出不同位移输出时的力输出值、依靠胡克定律进行推算所导致的对带电粒子在电场中所受库仑力的忽略等问题。提出了一种主动式测量具有大刚性的压电陶瓷材料力输出特性的装置。
技术实现思路
本专利技术为解决现有压电陶瓷的最大输出力测量方式有局限性，无法实现压电陶瓷力输出时位移输出为零，无法实现测量不同位移输出时的力输出值，不能准确的标定出不同位移输出时的力输出值，依靠胡克定律进行推算所导致的对带电粒子在电场中所受库仑力的问题，而提出了一种主动式压电陶瓷最大输出力测量装置。本专利技术的一种主动式压电陶瓷最大输出力测量装置，其组成包括宏观调节部件、微位移驱动部件、力测量部件和位移测量部件；宏观调节部件包括预紧螺栓、调节框架、两个锁紧螺栓、两个连接螺栓和两个定位螺钉，微位移驱动部件包括驱动框架、驱动陶瓷、第一预紧楔块、第二预紧楔块和楔块锁紧螺栓，力测量部件包括测量支撑台和力传感器，位移测量部件包括位移传感器和反射片；所述调节框架的上横框中心部位设有调节螺纹孔，所述调节框架的左侧竖框上设有两个定位螺纹孔，所述调节框架的后端设有连接板，连接板设有两个锁紧螺纹孔，预紧螺栓与调节螺纹孔螺纹连接；所述驱动框架上设有竖孔和横孔，横孔位于驱动框架的下端，竖孔垂直设置在横孔的上端，且竖孔与横孔相通，横孔的下底边中部设有凸起，第二预紧楔块、第一预紧楔块和驱动陶瓷由上至下依次设置在竖孔中，第二预紧楔块和第一预紧楔块对应的驱动框架侧壁上设有楔块锁紧螺纹孔，所述驱动框架设置在调节框架内且位于连接板的前端，定位螺钉与定位螺纹孔螺纹连接，驱动框架上设有两个长孔，两个长孔与两个锁紧螺纹孔一一正对，锁紧螺栓与锁紧螺纹孔螺纹连接，力传感器设置在调节框架内的底面，测量支撑台设置在力传感器的上面且与力传感器螺纹连接，位移传感器设置在测量支撑台的上面，反射片粘贴在驱动框架的下面，调节框架通过连接螺栓固装在安装平台。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：一、本专利技术通过宏观调节部件与微位移驱动部件的配合，对压电陶瓷所受外界力进行控制。进而实现压电陶瓷输出位移的精确可控，并通过力测量部件测量压电陶瓷相应位移输出(包含零位移输出)时的力输出值，进而实现压电陶瓷位移输出与力输出曲线和电压与最大力输出曲线的标定。二、由于测量时模拟的是压电陶瓷在不输出位移的情况下的力输出状态，是比较接近真实情况下压电陶瓷的没有位移的情况下力输出的值，因此本专利技术测量更加准确。三、本专利技术是直接通过一定的方式激发出压电陶瓷的最大输出力，并直接用力传感器读出，不需要像通常的测量方式那样要进行推算，就不会引入其他参数如杨氏模量等的误差，结果更加清晰，因此，本专利技术测量结果更加直接。附图说明图1是本专利技术的整体结构立体图；图2是调节框架2的主视图；图3是驱动框架3的立体图；图4是驱动框架3的主视图；图5是本专利技术的测量方法中步骤一的示意图；图6是本专利技术的测量方法中步骤二的示意图；图7是本专利技术的测量方法中步骤三的示意图；图8是本专利技术的测量方法中步骤四的示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式包括宏观调节部件A、微位移驱动部件B、力测量部件C和位移测量部件D；宏观调节部件A包括预紧螺栓1、调节框架2、两个锁紧螺栓4、两个连接螺栓9和两个定位螺钉13，微位移驱动部件B包括驱动框架3、驱动陶瓷5、第一预紧楔块14、第二预紧楔块15和楔块锁紧螺栓16，力测量部件C包括测量支撑台7和力传感器8，位移测量部件D包括位移传感器11和反射片12；所述调节框架2的上横框中心部位设有调节螺纹孔2-1所述调节框架2的左侧竖框上设有两个定位螺纹孔2-3，所述调节框架2的后端设有连接板2-4，连接板2-4设有两个锁紧螺纹孔2-5，预紧螺栓1与调节螺纹孔2-1螺纹连接；所述驱动框架3上设有竖孔3-1和横孔3-2，横孔3-2位于驱动框架3的下端，竖孔3-1垂直设置在横孔3-2的上端，且竖孔3-1与横孔3-2相通，横孔3-2的下底边中部设有凸起3-3，第二预紧楔块15、第一预紧楔块14和驱动陶瓷5由上至下依次设置在竖孔3-1中，第二预紧楔块15和第一预紧楔块14对应的驱动框架3侧壁上设有楔块锁紧螺纹孔3-4，所述驱动框架3设置在调节框架2内且位于连接板2-4的前端，定位螺钉13与定位螺纹孔2-3螺纹连接，驱动框架3上设有两个长孔3-5，两个长孔3-5与两个锁紧螺纹孔2-5一一正对，锁紧螺栓4与锁紧螺纹孔2-5螺纹连接，力传感器8设置在调节框架2内的底面，测量支撑台7设置在力传感器8的上面且与力传感器8螺纹连接，位移传感器11设置在测量支撑台7的上面，反射片12粘贴在驱动框架3的下面，调节框架2通过连接螺栓9固装在安装平台10。预紧螺栓1的主要作用是实现微位移驱动部件B的向下的移动，为被测压电陶瓷6留出伸长的空间，同时也可实现测量过程中微位移驱动部件B与被测压电陶瓷6的接触。锁紧螺栓4的作用是实现微位移驱动部件B定位后的锁紧，防止通电后宏观调节部件A与微位移驱动部件B的相对滑动。定位螺钉13的作用是在预紧螺栓1调整好微位移驱动部件B的位置后锁紧定位螺钉13，防止在后续拧锁紧螺栓4的过程中微位移驱动部件B滑动。驱动陶瓷5是整个装置中微观运动的驱动源，通电伸长后使得柔性铰链变形，给被测量的压电陶瓷6施加一个压力，使其回到原长的位置。第一预紧楔块14、第二预紧楔块15的作用是与楔块锁紧螺栓16一起实现驱动陶瓷5在驱动框架3中的预紧安装。楔块预紧螺栓16为防止发生干涉，在框架的另外一侧布置的是一个沉头孔。测量支撑台7的作用是为位移传感器11的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种主动式压电陶瓷最大输出力测量装置，其特征在于：所述测量装置包括宏观调节部件(A)、微位移驱动部件(B)、力测量部件(C)和位移测量部件(D)；宏观调节部件(A)包括预紧螺栓(1)、调节框架(2)、两个锁紧螺栓(4)、两个连接螺栓(9)和两个定位螺钉(13)，微位移驱动部件(B)包括驱动框架(3)、驱动陶瓷(5)、第一预紧楔块(14)、第二预紧楔块(15)和楔块锁紧螺栓(16)，力测量部件(C)包括测量支撑台(7)和力传感器(8)，位移测量部件(D)包括位移传感器(11)和反射片(12)；所述调节框架(2)的上横框中心部位设有调节螺纹孔(2‑1)，所述调节框架(2)的左侧竖框上设有两个定位螺纹孔(2‑3)，所述调节框架(2)的后端设有连接板(2‑4)，连接板(2‑4)设有两个锁紧螺纹孔(2‑5)，预紧螺栓(1)与调节螺纹孔(2‑1)螺纹连接；所述驱动框架(3)上设有竖孔(3‑1)和横孔(3‑2)，横孔(3‑2)位于驱动框架(3)的下端，竖孔(3‑1)垂直设置在横孔(3‑2)的上端，且竖孔(3‑1)与横孔(3‑2)相通，横孔(3‑2)的下底边中部设有凸起(3‑3)，第二预紧楔块(15)、第一预紧楔块(14)和驱动陶瓷(5)由上至下依次设置在竖孔(3‑1)中，第二预紧楔块(15)和第一预紧楔块(14)对应的驱动框架(3)侧壁上设有楔块锁紧螺纹孔(3‑4)，所述驱动框架(3)设置在调节框架(2)内且位于连接板(2‑4)的前端，定位螺钉(13)与定位螺纹孔(2‑3)螺纹连接，驱动框架(3)上设有两个长孔(3‑5)，两个长孔(3‑5)与两个锁紧螺纹孔(2‑5)一一正对，锁紧螺栓(4)与锁紧螺纹孔(2‑5)螺纹连接，力传感器(8)设置在调节框架(2)内的底面，测量支撑台(7)设置在力传感器(8)的上面且与力传感器(8)螺纹连接，位移传感器(11)设置在测量支撑台(7)的上面，反射片(12)粘贴在驱动框架(3)的下面，调节框架(2)通过连接螺栓(9)固装在安装平台(10)。...
【技术特征摘要】
1.一种主动式压电陶瓷最大输出力测量装置，其特征在于：所述测量装置包括宏观调节部件(A)、微位移驱动部件(B)、力测量部件(C)和位移测量部件(D)；宏观调节部件(A)包括预紧螺栓(1)、调节框架(2)、两个锁紧螺栓(4)、两个连接螺栓(9)和两个定位螺钉(13)，微位移驱动部件(B)包括驱动框架(3)、驱动陶瓷(5)、第一预紧楔块(14)、第二预紧楔块(15)和楔块锁紧螺栓(16)，力测量部件(C)包括测量支撑台(7)和力传感器(8)，位移测量部件(D)包括位移传感器(11)和反射片(12)；所述调节框架(2)的上横框中心部位设有调节螺纹孔(2-1)，所述调节框架(2)的左侧竖框上设有两个定位螺纹孔(2-3)，所述调节框架(2)的后端设有连接板(2-4)，连接板(2-4)设有两个锁紧螺纹孔(2-5)，预紧螺栓(1)与调节螺纹孔(2-1)螺纹连接；所述驱动框架(3)上设有竖孔(3-1)和横孔(3-2)，横孔(3-2)位于驱动框架(3)的下端，竖孔(3-1)垂直设置在横孔(3-2)的上端，且竖孔(3-1)与横孔(3-2)相通，横孔(3-2)的下底边中部设有凸起(3-3)，第二预紧楔块(15)、第一预紧楔块(14)和驱动陶瓷(5)由上至下依次设置在竖孔(3-1)中，第二预紧楔块(15)和第一预紧楔块(14)对应的驱动框架(3)侧壁上设有楔块锁紧螺纹孔(3-4)，所述驱动框架(3)设置在调节框...
【专利技术属性】
技术研发人员：荣伟彬，裴智超，张廷宇，王乐锋，孙立宁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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