專利名稱：微型光熱驅(qū)動的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微型驅(qū)動機(jī)構(gòu)的微納米控制裝置，更特殊地，涉及一 種微型光熱驅(qū)動的控制裝置，用于微納米技術(shù)領(lǐng)域的驅(qū)動控制。
背景技術(shù)：
近年來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢是朝快速度、大容量和微型化方向
飛速邁進(jìn)，其中尤以微電子技術(shù)、微光學(xué)技術(shù)、微納米技術(shù)和MEMS技術(shù)等的 發(fā)展為主要代表。在許多特殊領(lǐng)域，如MEMS系統(tǒng)及其他微小型系統(tǒng)中，需要 采用特種性能的驅(qū)動器作為動力源和運(yùn)動源，如在光學(xué)與精密機(jī)械系統(tǒng)中用于 元器件的精確驅(qū)動和定位的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，要求速度高、響應(yīng)快、盡可能小型化； 在智能機(jī)器人、航天器、空間衛(wèi)星(特別是近年來發(fā)展的納米衛(wèi)星)上采用的 電機(jī)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)，既要求力矩大、效率高，又要求重量輕、體積小、壽命長； 在微納米技術(shù)領(lǐng)域，除了力矩大、響應(yīng)快和小型化等要求外，還需要驅(qū)動機(jī)構(gòu) 有十分微小的步距或轉(zhuǎn)角。國內(nèi)外現(xiàn)有的微小型電機(jī)技術(shù)主要有電磁感應(yīng)電機(jī)、 靜電馬達(dá)、超聲波電機(jī)、表面聲波馬達(dá)等，均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。電磁感應(yīng)電機(jī) 力矩大、速度快，但線圈損耗大、不易小型化；靜電馬達(dá)直接利用靜電力驅(qū)動 轉(zhuǎn)子，主體可小型化，但需要有導(dǎo)線與控制系統(tǒng)連接。超聲波電機(jī)是近年發(fā)展 起來的新型特種馬達(dá)，之后國內(nèi)外又開展了表面聲波馬達(dá)的研究?，F(xiàn)有微小型 驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)、靜電驅(qū)動機(jī)構(gòu)、壓電陶瓷驅(qū)動機(jī)構(gòu)、電熱驅(qū)動機(jī) 構(gòu)等，其中壓電陶瓷驅(qū)動機(jī)構(gòu)利用壓電陶瓷在電壓控制下的伸縮實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)
動，電熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)則利用流過的電流產(chǎn)生的熱量使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生膨脹伸縮，從而實(shí) 現(xiàn)驅(qū)動。應(yīng)該指出，上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的主體尺寸雖然可以較小，但都需要通過導(dǎo) 線與外部的低壓乃至高壓控制源相連，總體結(jié)構(gòu)不易微小化，且缺乏獨(dú)立性； 同時，導(dǎo)線連接也制約了它們的應(yīng)用范疇，例如，由于控制電源和導(dǎo)線連接的 存在使之很難工作于獨(dú)立環(huán)境中，不能將驅(qū)動機(jī)構(gòu)整體集成于微系統(tǒng)中，也無 法實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離或細(xì)小管道內(nèi)等特殊環(huán)境下的操控。
因此，不斷探索新的驅(qū)動源及驅(qū)動技術(shù)，發(fā)展綜合性能好、易于微小化的 驅(qū)動機(jī)構(gòu)， 一直具有其必要性和重要性。本實(shí)用新型提出一種采用激光作為驅(qū) 動源的光熱驅(qū)動新方法，研究開發(fā)微小尺度的新型光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)，以期發(fā)展步 距小、速度高(相對于微納米尺度)、易于微小化、可實(shí)現(xiàn)無導(dǎo)線控制的微小型 光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型涉及的目的是提供一種微型光熱驅(qū)動的控制裝置。 微型光熱驅(qū)動的控制裝置它具有激光控制器，激光束與微型驅(qū)動機(jī)構(gòu)的對 準(zhǔn)定位裝置以及光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)控裝置，激光束與微型驅(qū)動機(jī)構(gòu) 的對準(zhǔn)定位裝置具有基座，在基座一側(cè)上設(shè)有基座凹槽，基座凹槽內(nèi)設(shè)有照明 汞燈，基座凹槽上設(shè)有毛玻璃，在基座的毛玻璃上依次連接有控制導(dǎo)線、激光 器、激光二維調(diào)節(jié)基座、二維調(diào)節(jié)旋鈕組、聚焦透鏡、半透半反棱鏡、棱鏡固 定座、固定塊，棱鏡固定座上方設(shè)有有機(jī)玻璃，有機(jī)玻璃固定在激光二維調(diào)節(jié) 基座和固定塊上，在基座另一側(cè)上依次設(shè)有固定塊、導(dǎo)桿，在導(dǎo)桿上設(shè)有調(diào)節(jié) 滑動塊、調(diào)節(jié)手輪，調(diào)節(jié)滑動塊上設(shè)有托架、三角支架，托架上依次連接有顯
微物鏡、接筒、目鏡、CCD 、視頻線和圖像采集卡、計(jì)算機(jī)。
所述的激光控制器的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為振蕩電路分別與直流電源、上 升沿調(diào)節(jié)電路、下降沿調(diào)節(jié)電路、放大電路相連接，放大電路分別與功率調(diào)節(jié) 電路相連接，穩(wěn)壓電路分別與直流電源、放大電路相連接。
本實(shí)用新型是采用激光作為驅(qū)動源，驅(qū)動源與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立，不需導(dǎo) 線連接，易于微驅(qū)動機(jī)構(gòu)的微小化和集成，調(diào)節(jié)激光器控制回路，可輸出不同 占空比、不同頻率、不同功率的激光，從而無線控制驅(qū)動器產(chǎn)生不同頻率的振 動和輸出不同大小的驅(qū)動力或偏轉(zhuǎn)量。整個過程可以通過顯微監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí) 時的在線觀察和研究?？赏诒姸嗫萍寂c工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

圖1 U)是單光熱膨脹臂結(jié)構(gòu)示意圖l (b)是雙單光熱膨脹臂結(jié)構(gòu)示意圖1 (C)是對稱型光熱微驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意圖1 (d)是雙刀型光熱微驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意圖1 (e)是非對稱型光熱微驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意圖1 (f)是非對稱穩(wěn)定型光熱微驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意圖2是微型光熱驅(qū)動的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3是本實(shí)用新型的激光控制器的電路方框示意圖4 (a)是本實(shí)用新型的光路圖4 (b)是光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)控裝置方框示意圖； 圖中激光控制器l、激光束與微型驅(qū)動機(jī)構(gòu)的對準(zhǔn)定位裝置2、光熱驅(qū)動 機(jī)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)控裝置3、控制導(dǎo)線4、激光器5、激光二維調(diào)節(jié)基座6、
二維調(diào)節(jié)旋鈕組7、聚焦透鏡8、半透半反棱鏡9、棱鏡固定座10、有機(jī)玻璃11、 微型光熱微膨脹驅(qū)動機(jī)構(gòu)12、毛玻璃13、照明汞燈14、固定塊15、顯微物鏡 16、托架17、接筒18、目鏡19、三角支架20、調(diào)節(jié)滑動塊21、調(diào)節(jié)手輪22、 導(dǎo)桿23、固定塊24、基座25、 CCD 26、視頻線和圖像采集卡27、計(jì)算機(jī)28。
具體實(shí)施方式

微型光熱驅(qū)動的控制方法是在激光束照射下，金屬或聚乙烯材料的淺表面 產(chǎn)生熱區(qū)溫度分布，使金屬或聚乙烯材料產(chǎn)生伸縮，熱區(qū)溫度分布隨金屬或聚 乙烯材料、形狀、尺寸、激光參數(shù)因素變化而變化，控制激光輸出大小，用微 納米尺度光熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱膨脹，直接實(shí)現(xiàn)對光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動。
如圖1所示，幾種基本的利用本方法實(shí)現(xiàn)光熱微驅(qū)動的微型光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu) 實(shí)例，利用這一方法，可以研究開發(fā)出各種不同尺寸、不同形式的微型光熱驅(qū) 動機(jī)構(gòu)，包括微型光熱驅(qū)動器、光熱驅(qū)動微動臺、光熱驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)、光熱驅(qū) 動微開關(guān)等。這類驅(qū)動機(jī)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是直接由激光驅(qū)動、步距小、無需導(dǎo)線 連接、易于微小化，并可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距的獨(dú)立控制。對智能機(jī)器人、精密機(jī)械與 精密儀器、微光學(xué)、微型機(jī)械電子系統(tǒng)(MEMS)、微納米技術(shù)及航空航天技術(shù) 等重要領(lǐng)域具有廣泛的實(shí)用價值，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
如圖2所示，微型光熱驅(qū)動的控制裝置具有激光控制器l,激光束與微型驅(qū) 動機(jī)構(gòu)的對準(zhǔn)定位裝置2以及光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)控裝置3，激光束與 微型驅(qū)動機(jī)構(gòu)的對準(zhǔn)定位裝置2具有基座25，在基座25 —側(cè)上設(shè)有基座凹槽， 基座凹槽內(nèi)設(shè)有照明汞燈14，基座凹槽上設(shè)有毛玻璃13，在基座的毛玻璃13 上依次連接有控制導(dǎo)線4、激光器5、激光二維調(diào)節(jié)基座6、 二維調(diào)節(jié)旋鈕組7、 聚焦透鏡8、半透半反棱鏡9、棱鏡固定座IO、固定塊15，棱鏡固定座10上方 設(shè)有有機(jī)玻璃11，有機(jī)玻璃11固定在激光二維調(diào)節(jié)基座6和固定塊15上，在 基座25另一側(cè)上依次設(shè)有固定塊24、導(dǎo)桿23，在導(dǎo)桿23上設(shè)有調(diào)節(jié)滑動塊21、 調(diào)節(jié)手輪22，調(diào)節(jié)滑動塊21上設(shè)有托架17、三角支架20，托架17上依次連接 有顯微物鏡16、接筒18、目鏡19、 CCD 26、視頻線和圖像采集卡27、計(jì)算機(jī) 28。
如圖3所示，激光控制器1的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為振蕩電路分別與直流 電源、上升沿調(diào)節(jié)電路、下降沿調(diào)節(jié)電路、放大電路相連接，放大電路分別與 功率調(diào)節(jié)電路相連接，穩(wěn)壓電路分別與直流電源、放大電路相連接。
激光控制器電路系統(tǒng)由直流電源、555RC振蕩電路及方波發(fā)生器、穩(wěn)壓電 路、頻率調(diào)節(jié)電路、功率調(diào)節(jié)電路和放大電路組成，脈沖信號發(fā)生模塊采用555
芯片作為振蕩器，通過頻率調(diào)節(jié)電路來調(diào)節(jié)高電平時間和低電平時間(即占空 比)以及頻率大小，通過功率調(diào)節(jié)電路來控制輸出電壓的大小，參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 后輸出一個脈沖寬度遠(yuǎn)小于脈沖周期的電壓脈沖，再經(jīng)過高壓放大回路輸出一 個周期性電壓脈沖來控制激光器光源的輸出，從而把激光調(diào)制成一個周期性的 激光脈沖并確保膨脹速度大于冷卻速度。調(diào)節(jié)好的脈沖激光束通過對準(zhǔn)定位裝 置照射在微驅(qū)動機(jī)構(gòu)上，由于光熱膨脹效應(yīng)，產(chǎn)生周期性的偏轉(zhuǎn)/振動。
如圖4所示，激光控制器輸出的激光束通過會聚透鏡和分束鏡后照射在微 驅(qū)動器上，使得微驅(qū)動器由于光熱膨脹效應(yīng)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，并在其下方的毛玻璃和 光源組成的均勻光照明下，通過光學(xué)顯微系統(tǒng)中的物鏡和目鏡成像在CCD上， 最后通過視頻線和圖像采集卡以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)時在線的進(jìn)行觀察、操控和 數(shù)據(jù)圖像存貯處理。
權(quán)利要求1.一種微型光熱驅(qū)動的控制裝置，其特征在于它具有激光控制器(1)，激光束與微型驅(qū)動機(jī)構(gòu)的對準(zhǔn)定位裝置(2)以及光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)控裝置(3)，激光束與微型驅(qū)動機(jī)構(gòu)的對準(zhǔn)定位裝置(2)具有基座(25)，在基座(25)一側(cè)上設(shè)有基座凹槽，基座凹槽內(nèi)設(shè)有照明汞燈(14)，基座凹槽上設(shè)有毛玻璃(13)，在基座的毛玻璃(13)上依次連接有控制導(dǎo)線(4)、激光器(5)、激光二維調(diào)節(jié)基座(6)、二維調(diào)節(jié)旋鈕組(7)、聚焦透鏡(8)、半透半反棱鏡(9)、棱鏡固定座(10)、固定塊(15)，棱鏡固定座(10)上方設(shè)有有機(jī)玻璃(11)，有機(jī)玻璃(11)固定在激光二維調(diào)節(jié)基座(6)和固定塊(15)上，光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)控裝置(3)具有在基座(25)另一側(cè)上依次設(shè)置的固定塊(24)、導(dǎo)桿(23)，在導(dǎo)桿(23)上設(shè)有調(diào)節(jié)滑動塊(21)、調(diào)節(jié)手輪(22)，調(diào)節(jié)滑動塊(21)上設(shè)有托架(17)、三角支架(20)，托架(17)上依次連接有顯微物鏡(16)、接筒(18)、目鏡(19)、CCD(26)、視頻線和圖像采集卡(27)、計(jì)算機(jī)(28)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微型光熱驅(qū)動的控制裝置，其特征在于所述 的激光控制器(1)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為振蕩電路分別與直流電源、上升沿 調(diào)節(jié)電路、下降沿調(diào)節(jié)電路、放大電路相連接，放大電路分別與功率調(diào)節(jié)電路 相連接，穩(wěn)壓電路分別與直流電源、放大電路相連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微型光熱驅(qū)動的控制裝置。采用激光束照射金屬或聚乙烯材料的淺表面產(chǎn)生熱區(qū)溫度分布，使金屬或聚乙烯材料產(chǎn)生伸縮，控制激光參數(shù)，直接實(shí)現(xiàn)對光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動。它具有激光控制器，激光束與微型驅(qū)動機(jī)構(gòu)的對準(zhǔn)定位裝置以及光熱驅(qū)動機(jī)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)控裝置。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是提出一種直接用激光實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動的新方法，驅(qū)動源與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立，不需導(dǎo)線連接，易于微驅(qū)動機(jī)構(gòu)的微小化和集成，調(diào)節(jié)激光控制器，可輸出不同占空比、不同頻率、不同功率的激光，從而無線控制驅(qū)動器產(chǎn)生不同頻率的振動和輸出不同大小的驅(qū)動力或偏轉(zhuǎn)量，整個過程可通過顯微監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時在線觀察研究，在方法和技術(shù)上均是對微型驅(qū)動技術(shù)的拓展。
文檔編號G02B7/00GK201191326SQ200820082778
公開日2009年2月4日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者超 劉, 張冬仙, 章海軍 申請人:浙江大學(xué)