隨著微納科技的迅猛發展,具有微米運動范圍及微/納米級定位精度的精密定位平臺及相關技術己被廣泛應用于微系統工程、生物工程、醫學工程、光學制造、航空航天等重要科學工程領域。但目前具有亞微米級以上位移分辨率,毫米級以上運動行程的跨尺度精密定位技術成為微納驅動控制領域的研究熱點和難點。跨尺度精密定位技術在納米操作、大規模集成電路制造和生物技術等眾多領域都有著廣泛的應用前景。
在微納米操作領域中,由于微納米操作對象的尺度特征微小,通常需借助STM、AFM等顯微系統實現對對象的觀察、識別和操作。往往需要在STM、AFM等狹小空間內安裝精密定位平臺,因此操作中用于操作對象調整的精密定位平臺不僅要求具有微/納米級的定位精度和毫米級的運動行程,且對定位平臺本身的尺寸和體積提出了更高要求。
傳統的驅動器由于其結構和工作原理的限制,己不能滿足眾多微型操控系統對微/納米精度及微小尺寸的需求。但是隨著智能材料技術迅猛發展,科研人員致力于研究基于智能材料的新型精密驅動器,由于突出的綜合性能,壓電陶瓷驅動器成為微納驅動控制領域中應用最廣泛的驅動元件。壓電驅動器利用壓電材料的逆壓電效應,將電能轉換為機械能,實現可控的精密驅動。壓電驅動器具有體積小、重量輕、精度高、響應快、控制特性好、能量密度大、能耗低、不受磁場干擾等特點,得到了廣大研究人員的青睞。
目前應用最多的是基于壓電驅動器和柔性鉸鏈的微動平臺,該類平臺具有結構緊湊、位移分辨率高等優點,但問題在于即使采用位移放大機構,平臺的運動范圍仍難以達到毫米級,限制了此類微動平臺的應用。進一步提高運動范圍的最簡單措施是采用沖擊原理,沖擊驅動是實現跨尺度精密定位操作技術的典型驅動方式。通過將電信號輸入定子,使得受到激勵的定子產生一定軌跡的機械運動,最終驅動動子運動。研究學者通常采用壓電驅動器和柔性鉸鏈的定子來沖擊驅動動子實現跨尺度精密運動,該類平臺具有結構緊湊、控制方便等優點,但設計中都采用定子側面與動子接觸,只能實現單自由度的運動,而多自由度運動將面臨摩擦力耦合、預壓力施加方式等問題。因此,需要結合微動平臺和沖擊驅動設計一種緊湊結構實現多自由度跨尺度精密運動,提升壓電精密定位平臺在STM、AFM等顯微系統中的應用效果。
為了解決以上問題,三英精控開發的一系列的納米微位移臺,具有結構緊湊、控制方便、位移分辨率高、運動行程大、響應速度快等優點。
根據機械結構構造形式,納米位移臺可以分為串聯和并聯兩種。串聯沖擊式多自由度壓電驅動機構通過將多個單自由度的機構進行模塊化的組合,能夠快速實現多自由度運動并且便于控制,而并聯沖擊式壓電驅動機構所有自由度運動集合于同一個運動部件使得結構更緊湊。
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