本發(fā)明涉及微納米振動臺領域，更具體地說是一種可用來對微納米振動傳感器進行測試和標定的振動臺，能夠產(chǎn)生高精度的微納振動。
背景技術(shù)：
：近年來，越來越多的精密測量儀器被設計制造出來，如微納米三坐標測量機、原子力顯微鏡以及高精度激光干涉儀等等。在工作時，這些儀器會受到各種外界干擾的影響，低頻微小振動是主要因素之一。比如路面駛過一輛車、有人走過、聲音等引起的低頻微小振動都會對精密儀器的使用造成干擾。因此，需要研制高精度的低頻微振動測量系統(tǒng)。精密測量場合對低頻振動的測試提出了更高的要求，如檢測的頻率范圍要達到0-10hz，振幅的分辨率需要達到納米級，并能夠進行實時高精度測量。而高精度的振動傳感器需要由高精度的微納米振動實驗臺來標定，因此對于高精度微納米振動臺有很迫切的需求。目前，最常用的振動臺是電磁式振動臺，以電磁鐵為動力，將電能轉(zhuǎn)換為機械動能，可產(chǎn)生高頻和大振幅的振動，在使用過程中產(chǎn)生的噪音較大；電磁式振動器的裝配方式多采用板簧連接，在使用過程中需要根據(jù)產(chǎn)品大小來調(diào)節(jié)彈簧片的數(shù)量，調(diào)節(jié)費時費力，產(chǎn)生的振動精度較低，僅能提供精度約為1微米的振動，無法產(chǎn)生低至納米級的振動，無法滿足高精度傳感器標定和測試的需求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種一維閉環(huán)微納米振動臺，以期獲得高精度的微納振動，同時具有振幅和頻率范圍寬、輸出振動重復性高、成本低、裝調(diào)方便以及可以閉環(huán)控制的優(yōu)勢。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：本發(fā)明一維閉環(huán)微納米振動臺的結(jié)構(gòu)特點是：以鈹銅簧片作為彈性部件，鈹銅簧片的中央為圓形空腔，所述鈹銅簧片利用呈十字分布的簧片螺釘固定在底座的上表面；工作臺面置于所述鈹銅簧片的上表面，并利用呈十字分布的臺面螺釘固定在鈹銅簧片上，構(gòu)成彈性結(jié)構(gòu)，使所述工作臺面在水平面上獲得限位，并能在豎直方向形成振動位移；所述底座為底面封閉、頂面敞口的圓柱筒體，在圓柱筒體的底板上嵌裝壓電陶瓷致動器；在工作臺面的底面固定設置轉(zhuǎn)接板，所述轉(zhuǎn)接板位于鈹銅簧片的中央圓形空腔內(nèi)，轉(zhuǎn)接板與壓電陶瓷致動器的位移輸出頭呈t形連接，由壓電陶瓷致動器通過轉(zhuǎn)接板驅(qū)動工作臺面豎向運動；在所述底座的圓柱筒體內(nèi)安裝邁克爾遜干涉儀，利用邁克爾遜干涉儀實時檢測轉(zhuǎn)接板的運動狀態(tài)作為檢測信號，信號處理及控制系統(tǒng)根據(jù)檢測信號對壓電陶瓷致動器輸出控制信號，實現(xiàn)實驗臺的閉環(huán)控制。本發(fā)明一維閉環(huán)微納米振動臺的結(jié)構(gòu)特點也在于：所述壓電陶瓷致動器在底座中的安裝結(jié)構(gòu)為：在底座的底板中央設置臺階孔，壓電陶瓷致動器相吻合地嵌裝在臺階孔中，使壓電陶瓷致動器的外圓周面在臺階孔中得到支撐，限制壓電陶瓷致動器的水平位移。本發(fā)明一維閉環(huán)微納米振動臺的結(jié)構(gòu)特點也在于：所述壓電陶瓷致動器是由位移輸出頭、鎖緊壓板、壓縮彈簧、堆疊壓電陶瓷、外殼體，以及封裝壓電陶瓷致動器底座組成；通過鎖緊壓板和壓縮彈簧的共同作用，向堆疊壓電陶瓷施加預緊力，使堆疊壓電陶瓷產(chǎn)生初始形變。本發(fā)明一維閉環(huán)微納米振動臺的結(jié)構(gòu)特點也在于：在所述底座的外圓周面上設置呈十字分布設置固定孔，利用所述固定孔將底座固定在光學平臺上，以保持底座的穩(wěn)定性；在底座的側(cè)壁上設置線纜孔，利用所述線纜孔引出壓電陶瓷致動器和邁克爾遜干涉儀的線纜。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：1、本發(fā)明可以產(chǎn)生低頻和中低頻微納振動，輸出振幅的重復性高。2、本發(fā)明采用鈹銅簧片作為彈性部件，可產(chǎn)生的振幅范圍大，振動頻帶寬，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高。3、本發(fā)明采用壓電陶瓷致動器作為驅(qū)動器，具有結(jié)構(gòu)簡單、裝調(diào)方便、成本較低和穩(wěn)定性好等顯著特點。4、本發(fā)明以微型邁克爾遜干涉儀為反饋，通過外置基于dsp芯片的信號處理及控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了振動臺的閉環(huán)控制，精度可達納米級。附圖說明圖1為本發(fā)明整體控制方案示意；圖2為本發(fā)明外形示意圖；圖3為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中鈹銅簧片與工作臺面以及轉(zhuǎn)接板之間安裝位置示意圖；圖5為本發(fā)明中邁克爾遜干涉儀安裝位置示意圖；圖6為本發(fā)明中邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明中壓電陶瓷致動器結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標號：1工作臺面；2轉(zhuǎn)接板；3鈹銅簧片；4壓電陶瓷致動器；4a位移輸出頭；4b鎖緊壓板；4c壓縮彈簧；4d堆疊壓電陶瓷；4e外殼體；4f封裝壓電陶瓷致動器底座；5微型邁克爾遜干涉儀；5a為45°反射鏡；5b第一光電池1；5c第二光電池；5d第一分光棱鏡；5e第三光電池；5f第四光電池；5g激光器座；5h第二分光棱鏡；5i第三分光棱鏡；5j第四分光棱鏡；5k參考鏡；5l干涉儀底板；5m測量鏡；6底座。具體實施方式參見圖2和圖3，本實施例中一維閉環(huán)微納米振動臺的結(jié)構(gòu)形式是：以鈹銅簧片3作為彈性部件，鈹銅簧片3的中央為圓形空腔，鈹銅簧片3利用呈十字分布的簧片螺釘固定在底座6的上表面；工作臺面1置于鈹銅簧片3的上表面，并利用呈十字分布的臺面螺釘固定在鈹銅簧片3上，構(gòu)成彈性結(jié)構(gòu)，使工作臺面1在水平面上獲得限位，并能在豎直方向形成振動位移；鈹銅簧片3的形狀及厚度經(jīng)過ansys仿真優(yōu)化以滿足應用需求。如圖3和圖4所示，底座6為底面封閉、頂面敞口的圓柱筒體，在圓柱筒體的底板上嵌裝壓電陶瓷致動器4；在工作臺面1的底面固定設置轉(zhuǎn)接板2，轉(zhuǎn)接板2位于鈹銅簧片3的中央圓形空腔內(nèi)，轉(zhuǎn)接板2與壓電陶瓷致動器4的位移輸出頭4a利用螺釘呈t形連接，在轉(zhuǎn)接板2與鈹銅簧片3之間沒有直接的連接關系，由壓電陶瓷致動器4通過轉(zhuǎn)接板2驅(qū)動工作臺面1豎向運動，利用轉(zhuǎn)接板2將壓電陶瓷致動器4的單點力輸出轉(zhuǎn)化為面輸出。在底座6的圓柱筒體內(nèi)安裝邁克爾遜干涉儀5，利用邁克爾遜干涉儀5實時檢測轉(zhuǎn)接板2的運動狀態(tài)作為檢測信號，信號處理及控制系統(tǒng)根據(jù)檢測信號對壓電陶瓷致動器4輸出控制信號，實現(xiàn)實驗臺的閉環(huán)控制。如圖3所示，壓電陶瓷致動器4在底座6中的安裝結(jié)構(gòu)為：在底座6的底板中央設置臺階孔，壓電陶瓷致動器4相吻合地嵌裝在臺階孔中，使壓電陶瓷致動器4的外圓周面在臺階孔中得到支撐，限制壓電陶瓷致動器4的水平位移。如圖5所示，在底座6的外圓周面上設置呈十字分布設置固定孔，利用固定孔將底座6固定在光學平臺上，以保持底座6的穩(wěn)定性；在底座6的側(cè)壁上設置線纜孔，利用線纜孔引出壓電陶瓷致動器和邁克爾遜干涉儀的線纜。如圖6所示，本實施例中邁克爾遜干涉儀5采用微型結(jié)構(gòu)，其包括固定設置在干涉儀底板5l上的45°反射鏡5a、第一光電池5b、第二光電池5c、第一分光棱鏡5d、第三光電池5e、第四光電池5f、激光器座5g、第二分光棱鏡5h、第三分光棱鏡5i、第四分光棱鏡5j和參考鏡5k，并有測量鏡5m固定設置在轉(zhuǎn)接板2的底面。其中，第二分光棱鏡5h為npbs，第一分光棱鏡5d、第三分光棱鏡5i以及第四分光棱鏡5j均為pbs。本實施例中微型邁克爾遜干涉儀5的工作原理為：激光器座5g中的半導體激光器發(fā)出一束準直激光，經(jīng)過第三分光棱鏡5i后分為兩路，一路為透射光，另一路為反射光；透射光經(jīng)45°反射鏡5a偏折90°后到達設置在轉(zhuǎn)接板2的底面上的測量鏡5m，反射光到達參考鏡5k。從測量鏡5m和參考鏡5k反射回來的光經(jīng)過由第三分光棱鏡5i、第二分光棱鏡5h、第一分光棱鏡5d和第四分光棱鏡5j構(gòu)成的棱鏡組產(chǎn)生四對干涉光，各干涉光分別由第一光電池5b、第二光電池5c、第三光電池5e和第四光電池5f進行檢測，實現(xiàn)針對轉(zhuǎn)接板2和工作臺面1的工作狀態(tài)的實時檢測。如圖7所示，本實施例中壓電陶瓷致動器4是由位移輸出頭4a、鎖緊壓板4b、壓縮彈簧4c、堆疊壓電陶瓷4d、外殼體4e，以及封裝壓電陶瓷致動器底座4f組成；通過鎖緊壓板4b和壓縮彈簧4c的共同作用，向堆疊壓電陶瓷4d施加預緊力，使堆疊壓電陶瓷4d產(chǎn)生初始形變；這一結(jié)構(gòu)形式使堆疊壓電陶瓷4d在驅(qū)動電壓的作用下收縮時，壓縮彈簧4c可以使位移輸出頭4a也向下運動，實現(xiàn)位移輸出頭4a的豎向往復運動。如圖1所示，本實施列通過采用高精度的壓電陶瓷驅(qū)動器，配合具有高靈敏和高穩(wěn)定性的懸浮式彈性結(jié)構(gòu)，由基于dsp芯片的外部處理及控制系統(tǒng)，高精度信號發(fā)生器33519b(是德科技，分辨率為1mvvp-p)，以及放大倍數(shù)為20的放大器的實現(xiàn)精確控制，可以產(chǎn)生最大4000n的推力和400n的拉力，振動臺的振幅產(chǎn)生范圍為±100μm，最小理論振幅為15nm，設計工作頻率為0-200hz，所產(chǎn)生振動的振幅重復性可達30nm。本實施例中選用的壓電陶瓷型號為：pst150/10/200vs15。表1標稱位移[μm@150v](±10％)200無位移最大推力[n@150v]4000剛度[n/μm]10諧振頻率[khz]4靜電容量[μf]37表1所示為pst150/10/200vs15型壓電陶瓷致動器的性能參數(shù)。當前第1頁12