【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种压电管自导向型惯性压电马达，特别涉及一种纳米步进器，属于压电定位器。
技术介绍
1、压电马达利用压电陶瓷材料的逆压电效应，通过控制电压使其产生不同方向上的形变，从而实现微纳米级精准定位，同时通过重复形变产生较大范围的位移。目前，压电马达已广泛应用于精密机械、光电子技术、纳米器件加工、原子/分子操纵、乃至亚原子结构成像等领域。压电马达的发展从最早的“虱子”(louse)压电步进器，到美国专利号为3,902,084和3,902,085的尺蠖马达(inchworm)，到1987年发表的“甲虫”(beetle)步进器，到1993年出现并被广泛应用的潘氏马达(pan-style pm，见s.h pan，wo 93/19494)，再到高精度惯性压电马达(cn103872943a)的发表等，我们可以看出，压电马达作为一种新型的纳米压电步进器，正逐步朝着小尺寸、大推力、高紧凑和控制简单以及抗恶劣条件等的方向发展。
2、其中，专利号为cn10654770b所述的一种基于惯性压电马达的扫描隧道显微镜，包括一个压电扫描管，t型绝缘导轨，四个氮化硅圆珠，金属弹片，滑杆，镜体和探针。其中，四个氮化硅圆珠和金属弹片粘接在绝缘导轨之上，通过挤压方式固定其内的滑杆。绝缘导轨粘接固定于压电扫描管一端，压电扫描管的另一端粘接固定于显微镜镜体上。基于滑杆的惯性，给压电扫描管的四个外电极施加一路脉冲电压信号即可实现滑杆的纳米级步进。步进完成后，给压电扫描管四个外电极施加两路频率不同的推挽电压信号即可实现样品表面的xy方向扫描，压电扫描管的
3、为了解决上述压电马达装置中导轨所引入的一系列问题，本专利技术提出去掉该压电马达装置中的导轨结构，使滑块直接弹性地压在压电扫描管内壁，滑块相对于压电扫描管滑动，从而达到以下目的：消除压电扫描管内部导轨所需的空间，使得滑块的体积和质量可以尽可能的大，提高惯性力；同时压电扫描管的径向尺寸可以进一步变小，更能适用于狭小空间的管状极端条件(包括强磁场、极低温等)的尖端测量仪器(如扫描隧道显微镜等)；解决导轨与压电扫描管之间的松脱问题对滑块步进带来的不稳定影响；压电扫描管内壁的镀金层会对滑块的滑动具有润滑作用，减小摩擦力等。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有惯性压电马达因导轨导致的稳定性差、尺寸不够小等问题而难以实现在空间受限的管状极端条件下的应用，提供一种压电管自导向型惯性压电马达以及用其制成的扫描探针显微镜。
2、本专利技术实现上述目的的技术方案是：
3、本专利技术一种压电管自导向型惯性压电马达，包括多棱柱滑块、基座、弹簧片和圆形压电管，所述圆形压电管的一端固定于基座上，另一端为自由端，所述多棱柱滑块共轴插于圆形压电管内，所述弹簧片施加垂直于圆形压电管形变方向的正压力将所述多棱柱滑杆弹性地压于圆形压电管上，多棱柱滑块与圆形压电管之间能相对滑动，所述弹簧片处于多棱柱滑块和圆形压电管内壁之间的缝隙中。
4、所述圆形压电管包括第一压电体、第二压电体、第三压电体和第四压电体，所述多个压电体按照形变方向一致且独立施加电压的结构固定在一起形成管状四象限xyz压电扫描管。
5、所述每个压电体都配备一个专用的惯性压电马达驱动电路与之相连。
6、本专利技术一种压电管自导向型惯性压电马达制成的扫描探针显微镜镜体，还增设支架，该支架固定于基座上，该支架一部分正对着所述滑块的滑动方向。
7、本专利技术惯性压电马达的工作原理为：
8、工作时，先在每个压电体上同时同向施加电压，产生一个缓慢的推力，通过摩擦力将滑块向上推进一段距离，然后突然施加反向电压，使得压电扫描管发生反向形变，但滑块由于惯性，会受到惯性力，当惯性力大于压电扫描管对滑块的摩擦力，滑块就能相对于压电扫描管产生滑动，这样完成z方向的步进。
9、在进行xy方向扫描时，每个压电体都配有一个专用的惯性压电马达驱动电路，弹簧片被弹性地压于压电扫描管上。工作时，对第一压电体和第三压电体(或者第二压电体和第四压电体)同时施加反向电压，一个压电体向上形变，相对应的另一个压电体向下形变，使压电扫描管在x或者y方向的弯曲形变，实现xy方向的扫描。
10、根据上述原理可以看出，与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
11、(a)结构更加简单紧凑，去掉了导轨，结构更加简化，降低了成本；
12、(b)去掉了导轨后尺寸比以往进一步减小，滑块的体积和质量尽可能达到空间可容纳的最大
13、后，滑块的惯性力增大；
14、(c)稳定性提高：解决了导轨与压电扫描管的固定处产生的松脱问题，滑块的滑动更稳定；
15、(d)减震：滑块直接弹性的压于圆形压电管上，避免了导轨只有一端固定另一端是自由端带
16、来的振动以及传递外界的震动；
17、(e)压电扫描管内壁的镀金层会对滑块的滑动具有自润滑作用，避免了滑块相对于导轨滑动
18、时的卡顿问题。
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1.一种压电管自导向型惯性压电马达，其特征在于：包括多棱柱滑块(4)、基座(1)、弹簧片(5)和圆形压电管(2)，所述圆形压电管(2)的一端固定于基座(1)上，另一端为自由端，所述多棱柱滑块(4)共轴插于圆形压电管(2)内；
2.根据权利要求1所述的压电管自导向型惯性压电马达，其特征在于：所述弹簧片(5)位于多棱柱滑块(4)和圆形压电管(2)内壁之间的缝隙中。
3.根据权利要求1所述的压电管自导向型惯性压电马达，其特征在于：所述圆形压电管(2)包括第一压电体(2a)、第二压电体(2b)、第三压电体(2c)和第四压电体(2d)，所述4个压电体按照形变方向一致且独立施加电压的结构固定在一起形成管状四象限XYZ压电扫描管(3)。
4.根据权利要求3所述的压电管自导向型惯性压电马达，其特征在于：所述压电扫描管(3)的内壁设置有镀金层。
5.根据权利要求3所述的压电管自导向型惯性压电马达，其特征在于：所述4个压电体均配备一个专用的惯性压电马达驱动电路与之相连。
6.一种权利要求1所述压电管自导向型惯性压电马达制成的扫描探针显微镜，
7.根据权利要求6所述的惯性压电马达制成的扫描探针显微镜，其特征在于：所述多棱柱滑块(4)顶端和支架(6)顶端正对着多棱柱滑块的(4)一面用来固定探针和样品。
...【技术特征摘要】
1.一种压电管自导向型惯性压电马达，其特征在于：包括多棱柱滑块(4)、基座(1)、弹簧片(5)和圆形压电管(2)，所述圆形压电管(2)的一端固定于基座(1)上，另一端为自由端，所述多棱柱滑块(4)共轴插于圆形压电管(2)内；
2.根据权利要求1所述的压电管自导向型惯性压电马达，其特征在于：所述弹簧片(5)位于多棱柱滑块(4)和圆形压电管(2)内壁之间的缝隙中。
3.根据权利要求1所述的压电管自导向型惯性压电马达，其特征在于：所述圆形压电管(2)包括第一压电体(2a)、第二压电体(2b)、第三压电体(2c)和第四压电体(2d)，所述4个压电体按照形变方向一致且独立施加电压的结构固定在一起形成管状四象限xyz压电扫描...
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