集成电容位移传感器的压电陶瓷柔性铰链偏摆运动系统可精确测量偏摆运动
将电容位移传感器集成在压电陶瓷偏摆运动控制系统中可精确测量偏摆运动，可差动测量移动的物理偏转角，并在需要的情况下进行补偿。研生PIEZOXYZ的多轴偏摆纳米定位系统中，允许同时测量所有自由度，并积极弥补导向错误（主动轨迹控制概念），有效避免多轴串扰误差，配置有研生PIEZOXYZ电容位置传感器的纳米定位运动控制系统凭借其最佳的定位分辨率使其成为最精准测量的运动控制系统。
采用压电陶瓷驱动的Z向和Tip/Tilt纳米级精密定位压电平台
压电Z/偏摆台内置高性能压电陶瓷，专为Z轴和θx、θx轴偏摆运动的纳米级精密扫描与定位应用而设计的压电扫描台，实现高分辨率高精度的扫描与定位，结构紧凑、易于集成。中空式超薄设计，且中央通孔较大，可更好的集成于显微及扫描系统中
内置电容式精密位移传感器，实现亚纳米分辨率
压电扫描台内置电容式精密位移传感器进行全闭环的位置反馈，电容式传感器以亚纳米分辨率进行测量，且无接触。它们可确保优异的运动线性、长期稳定性和千赫兹范围的带宽，确保纳米扫描台具有极佳的运动控制精度，定位精度、分辨率和稳定性可以达到纳米量级，定位稳定时间仅为毫秒量级。
并联式结构设计实现大承载、高精度、高动态的多轴并联运动
压电扫描平台采用独特的并联式结构设计，结构紧凑。在并联多轴运动定位系统中，所有促动器作用于同一个运动平台，使所有轴具有最小的质量惯性和相同的动态性设计，使整体运动面具有更轻的质量和更低的惯量，从而实现快速、高动态和高精密的多轴运动且每轴具有相同的动态性。相较于串联式压电扫描台，并联式压电扫描台具有更高的负载、更高的动态性和更优的运动精度。
内置高性能压电陶瓷促动器带来超长使用寿命
压电陶瓷促动器由环氧脂质涂层包裹，具有优异的防潮特性，避免漏电流增大造成故障。压电陶瓷促动器比传统式压电促动器的使用寿命更长，性能更稳定，可实现无故障运行1000亿个循环。
无摩擦零间隙的柔性铰链导向系统带来高精度的运动导向
压电平台内部使用无摩擦及空回的高精度柔性铰链并联导向系统，采用有限元仿真分析优化柔性铰链结构，柔性导向系统具有超高的导向精度，可提供超高平面度的纳米扫描，柔性铰链导向具有高刚性、高负载、无摩擦、无磨损、无需润滑、免维护等特点。它们的刚性可实现高负载能力，且它们对冲击和振动不敏感。真空兼容，可在很广的温度范围内工作。
采用无磁材质设计制造，不受磁场的影响
压电纳米位移台为无磁材质，使用过程中不产生磁场同时也不受磁场的影响。
直接位置测量带来超高的运动控制精度
位移变化可直接在纳米运动平台上测量，完全不受驱动或导向元件的影响。这样可以实现最佳的重复定位精度、优异的稳定性和刚性、快速响应控制。
可提供适用于复杂真空应用版本
压电陶瓷纳米定位系统中使用的所有部件均非常适合于在真空环境中使用。操作无需润滑剂或润滑脂。压电陶瓷纳米定位系统可实现极低的排气率。
应用于天文望远镜、激光通讯、自适应光学、复合轴精密跟踪等领域
快速反射镜系统(FSM)作为发射光源与接收端之间控制光束传播方向的精密光学仪器，集光、机、电技术于一身，内置的精密压电扫描台作为核心部件发挥着重要的作用，凭借其高精度、高分辨率、快速响应等优点，已被广泛应用于天文望远镜、激光通讯、自适应光学、复合轴精密跟踪等领域。
纳米级电容位移传感器可达到的精度分辨率是纳米级范围
研生PIEZOXYZ研发生产的纳米级电容位移传感器通过测量使用均匀电场的传感器探头和移动目标表面之间的电容的变化，绝对值通过经调整、校准的系统确定，最小距离偏差通过无接触在长距离基础上测量，可达到的精度分辨率是纳米级范围，可有效测量最短的距离，高分辨率位移测量中的纳米定位应用。通过双极板电容传感器测量移动物体最大精度的直接距离和实际位置。无接触测量高分辨力传感器具有较高的传感器带宽，可满足动态应用中的闭环控制。
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◆ 结构紧凑，低外形，易于集成； ◆ 并联运动设计可实现更高精度和动态性； ◆ 无摩擦柔性铰链并联导向可实现极高的运动精度； ◆ 高性能压电陶瓷促动器带来超长使用寿命； ◆ 内置电容式精密位移传感器进行全闭环位置反馈，开/闭环可供选择。 |
● 扫描显微镜 ● 超分辨率显微镜 ● 生物技术 ● 掩模/晶圆定位 ● 样本定位 ● 干涉测量 ● 计量 |
多轴偏摆系统运动学
研生公司的压电偏摆系统基于所有运动轴在单一移动平台并联运动。该系统可实现比两个单轴串联系统具有更高的线性度，且这种并联结构外形尺寸更加紧凑。压电偏摆镜和压电偏摆平台适用于高动态操作，例如追踪、扫描、图像稳定、消除漂移和振动；同时也适用于光学系统和标本的静态定位。研生的压电偏摆系列产品可使光束偏转至90mrad（甚至更大偏转角）、几微秒的极短响应时间和可达纳弧度范围的分辨率。研生提供多种大范围偏转角的紧凑型激光束偏转控制系统。
三脚压电陶瓷驱动的偏摆系统（三脚支架）
平台由三个彼此呈120°角的压电陶瓷致动器控制。通过坐标变换，三支致动器配合调节实现偏运动。除了偏摆运动，平台也可以线性用于Z轴运动。例如，用于校正光路长度（移相器）。 下面的公式用于计算偏摆角度和在Z轴的升降范围。A、B和C是相应致动器的线性位移：
三脚压电陶瓷驱动致动器设置
压电偏摆镜动力学
压电偏摆系统的最大工作频率取决于它的机械谐振频率。
为了估计系统的有效谐振频率，需计算出反射镜的转动惯量。
圆形反射镜的转动惯量计算公式如下：
矩形反射镜的转动惯量计算公式如下：
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m 反射镜重量 [g] |
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IM 反射镜的转动惯量 [g × mm²] |
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L 偏转轴正交的反射镜长度 [mm] |
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H 反射镜厚度 [mm] |
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T 支点到反射镜表面的距离 (参见各型号 >> 产品技术参数) [mm] |
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R 反射镜半径 [mm] |
带载反射镜的偏摆系统的谐振频率
根据已知的空载偏摆系统的谐振频率及转动惯量(参见 >> 产品技术参数)和计算得出的反射镜转动惯量，可通过如下公式计算得出整个偏摆系统的谐振频率。
带载反射镜的偏摆系统的谐振频率计算公式如下：
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f' 带载反射镜的偏摆系统的振谐频率 [Hz] |
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f0 空载偏摆系统的振谐频率 [Hz] |
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I0 空载偏摆系统的转动惯量 (参见 >> 产品技术参数) [g × mm²] |
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IM 反射镜转动惯量 [g × mm²] |
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m 反射镜重量 [g] |
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型号 |
P521TC |
单位 |
公差 |
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促动器运动和定位 |
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促动器轴数 |
3 |
- |
- |
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传感器类型 |
电容式，直接测量 |
- |
- |
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开环行程［-20V~+150V］ |
120 |
μm |
±20% |
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闭环行程［0V~+120V］ |
100 |
μm |
±20% |
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开环分辨率 |
0.6 |
nm |
typ. |
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闭环分辨率［16bit DAC］ |
1.6 |
nm |
typ. |
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闭环线性度 |
0.03 |
%F.S. |
typ. |
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重复定位精度 |
±2 |
nm |
typ. |
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纳米台运动行程 |
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主动轴 |
Z,θx,θy |
- |
- |
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开环直线行程［-20V~+150V］ |
120 |
μm |
±20% |
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闭环直线行程［0V~+120V］ |
100 |
μm |
±20% |
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开环偏转行程［-20V~+150V］ |
1.2x1.2 |
mrad |
±20% |
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闭环偏转行程［0V~+120V］ |
1x1 |
mrad |
±20% |
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机械特性 |
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运动方向刚度 |
0.8 |
N/μm |
±20% |
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空载谐振频率@Z |
410 |
Hz |
±20% |
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空载谐振频率@θx,θy |
330/330 |
Hz |
±20% |
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运动方向推/拉力 |
50/20 |
N |
Max. |
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承载能力 |
20 |
N |
Max. |
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其他 |
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工作温度 |
-20～80 |
℃ |
- |
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材质 |
铝，钢 |
- |
- |
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外形尺寸 |
150x150x16.5 |
mm |
- |
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通光孔径 |
80x80 |
mm |
- |
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重量 |
0.8 |
Kg |
±5% |
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线缆长度 |
1.5 |
m |
±10mm |
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连接器类型 |
LEMO│SMB |
- |
- |
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注：最大驱动电压为-20V...+150V；对于高可靠的长期使用，建议驱动电压为0V...+120V。 |
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❶ 基于无摩擦高精度柔性铰链运动导向的压电陶瓷纳米定位系统，系统分辨率仅受放大器噪声和测量技术的限制。开环分辨率为受系统放大器噪声限制所能达到的典型值。极低的系统定位噪声可获得满行程十万分之一以上的闭环分辨率。
❷ 各运动轴的行程范围相互制约，此表中的数据为单轴可实现的最大行程。
