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壓電偏轉(zhuǎn)鏡應(yīng)用領(lǐng)域

更新時間: 2018-08-14

    壓電偏轉(zhuǎn)鏡(根據(jù)它的應(yīng)用,常被叫作壓電傾斜鏡、壓電快反鏡、壓電精瞄鏡等)從字面上理解,壓電即是壓電式,以壓電疊堆陶瓷作為驅(qū)動源;偏轉(zhuǎn)即是指可在某些方向進行轉(zhuǎn)動;鏡代表它用于驅(qū)動反射鏡等鏡片,即它的負載為鏡片,目的是調(diào)節(jié)鏡面的朝向。

 

    壓電偏轉(zhuǎn)鏡約是近20年左右出現(xiàn)的高精密產(chǎn)品,它的功能可以簡單理解為帶動一個鏡片,做偏轉(zhuǎn)運動,轉(zhuǎn)動方向一般為θx及θy方向,它的特點是轉(zhuǎn)動角度非常小,大能達到約50mrad(約3度),它的轉(zhuǎn)動精度可達0.02µrad(約<0.01)。

    壓電偏轉(zhuǎn)鏡的原理是利用壓電疊堆陶瓷的逆壓電效應(yīng)(即壓電疊堆陶瓷在電壓信號的驅(qū)動下,會進行快速充電,從而產(chǎn)生微形變位移,位移量約為長度的1.5),再通過設(shè)計差分驅(qū)動式結(jié)構(gòu),將四支壓電疊堆陶瓷距離同一中心點相同距離并間隔90度安裝于壓電偏轉(zhuǎn)鏡內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)中,對角的壓電疊堆陶瓷為一組,兩組間進行差分式控制,壓電疊堆陶瓷頂端與柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)(即彈性薄片結(jié)構(gòu),在一定范圍內(nèi)可進行回轉(zhuǎn)運動,可將壓電疊堆陶瓷的微形變進行放大,柔性鉸鏈的特點是運動靈敏度高、自回復(fù)無間隙、無機械摩擦等)相連,柔性鉸鏈與運動臺面相連,通過兩組壓電疊堆陶瓷的微形變產(chǎn)生的推拉運動,使柔性鉸鏈也產(chǎn)生微形變,從而使得壓電偏轉(zhuǎn)鏡的運動臺面產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)運動。

 

    通常,壓電疊堆陶瓷的高度約為20mm,產(chǎn)生的位移量約為高度的1‰,即20µm左右。而壓電偏轉(zhuǎn)鏡外形尺寸小巧,結(jié)構(gòu)緊湊,截面積大約為90mm的直徑。在壓電疊堆陶瓷伸長20µm,半徑為45mm時,如果按直驅(qū)式計算,則壓電偏轉(zhuǎn)鏡臺面偏轉(zhuǎn)角度約0.8mrad。

    因柔性鉸鏈對壓電疊堆陶瓷的位移進行放大輸出,且根據(jù)使用壓電疊堆陶瓷的不同,可產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)范圍自然不同,但壓電偏轉(zhuǎn)鏡的偏轉(zhuǎn)范圍依然很小,目前芯明天標(biāo)準(zhǔn)壓電偏轉(zhuǎn)鏡產(chǎn)品的偏轉(zhuǎn)角度約為50mrad。

    壓電偏轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動角度這么小,能有什么用處呢?

    別看壓電偏轉(zhuǎn)鏡的運動角度非常小,它的作用卻是*的。

    壓電偏轉(zhuǎn)鏡主要作用是用于帶載鏡片做偏轉(zhuǎn)運動,它的應(yīng)用是以對光的方向進行調(diào)節(jié)為主。如上所述,壓電偏轉(zhuǎn)鏡的一個突出優(yōu)點是角度調(diào)節(jié)精度非常高,可小于0.01"。既然偏轉(zhuǎn)角度小且偏轉(zhuǎn)運動精度高,它就非常適于較長距離的光傳輸方向的調(diào)節(jié),例如衛(wèi)星激光通信。

    衛(wèi)星與地面間的信號傳輸通信是很難做到的,原因是光束的發(fā)散角很小,非常不易對準(zhǔn),因此衛(wèi)星激光通信就需要非常高精度的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。

    在這一點上,壓電偏轉(zhuǎn)鏡就體現(xiàn)出了它的偉大效用。壓電偏轉(zhuǎn)鏡與精跟蹤相機等器件相配合,形成精跟蹤系統(tǒng),精跟蹤相機采集的信號,會傳送至壓電偏轉(zhuǎn)鏡控制器,壓電偏轉(zhuǎn)鏡控制器會做出反應(yīng),即根據(jù)光束對準(zhǔn)所需要的偏轉(zhuǎn)角度,輸出能夠使壓電偏轉(zhuǎn)鏡偏轉(zhuǎn)該角度所需要的電壓信號,且控制時間非常短,在亞毫秒級范圍,可使得衛(wèi)星通信的信號快速而準(zhǔn)確的瞄準(zhǔn)、接收。

    壓電偏轉(zhuǎn)鏡還多應(yīng)用,例如光路調(diào)節(jié)、激光合束、激光加工、光束指向器、天文圖像穩(wěn)定、自適應(yīng)變形鏡等,隨著人類對航天、天文等的研究不斷深入,對定位的精度會要求越來越高,而使用壓電偏轉(zhuǎn)鏡正是解決此類問題的手段。

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