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柔性铰链的微动工作台：平行四杆结构，当在AC杆上加一个力F时，由于四个柔性铰链的形变，使AB杆在水平方向上产生一位移δ，而实现无摩擦、无间隙和高分辨率的微动； 电容式传感器电路：通过电容间距的变化，从而电路产生一个相应的电压量，实现位移量到电压量的转换，以便于直接观察与控制；
信号处理电路：用检波电路与低通电路，滤除高次谐波和干扰信号，从而得到想要的直流的周期信号；
A/D转换：把输出地直流模拟信号转换成离散的数字信号，实现模拟量到数字量的转换，并传入单片机处理；
单片机：主要用来控制A/D、D/A转换，并把相应的电压量用数字显示出来，以便直接的观察了解；
D/A转换：把单片机输出的数字量转化为模拟量，以便为后面的驱动电路提供一定的功率，使之能正常工作；
PID控制电路：改进反馈控制系统的性能，提高电路的稳定性、快速性无残差性的理想性能；
功率放大：放大输入的功率，为下级负载提供足够的大的功率；
总之，各功能模块的合理搭配，就实现了柔性铰链微动工作台的精密测量系统。
第三章 柔性铰链微动台设计
3.1 柔性铰链力学模型
柔性铰链结构示意图如2-1[1]，这里采用双圆弧柔性铰链其绕z轴的转动刚度为：
KB?2Ebt5/2/9?r1/2
式中：E：材料的弹性模量； t、h：铰链的厚度； b：铰链的高度； r:铰链的圆弧半径;
图3-1柔性铰链结构示意图
驱动力对柔性铰链产生一个绕z轴的力矩Mz，使铰链绕z轴偏转αz角，而且：
9MZ?R1/2?z? 5/22EbtMz在y方向产生位移△y：
9MZ?R3/2?y?
2Ebt5/2
3.2 微工作台设计 3.2.1 平行四杆机构
以柔性铰链为基本单元的弹性微动工作台采用压电伸缩微式位移器驱动，其基本结构如图3-2所示。通过在一块板材上加工开孔和开缝，使圆弧切口处形成弹性支点（即柔性铰链）与剩余的部分成为统一体，从而组成平行四杆结构，当在AC杆上加一个力F时，由于
四个柔性铰链的形变，使AB杆在水平方向上产生一位移δ，而实现无摩擦、无间隙和高分分辨率的微动。
图3-2 柔性铰链的微动工作台
为增加弹性微动工作台的承载能力，并提高运动方向上的刚度，确保工作台具有良好的动态特性和抗干扰能力，在不增加工作台尺寸（即厚度ｂ）的前提下，应尽可能增大图3-2柔性铰链微动工作台模型柔性铰链细颈处的厚度ｔ，并减小圆弧切口的半径Ｒ。在这种情况下，t往往大于或等于Ｒ。设计柔性铰链时应采用ｔ≥Ｒ条件下的设计方法。
3.2.2 微动台的基本模型及设计计算公式
如图3-2所示的微动工作台基本结构设计时进行下列假设：
①．工作台运动时，仅在柔性铰链处产生弹性变形，其他部分可认为是刚体； ②. 柔性铰链只产生转角变形，无伸缩及其他变形。
设四个柔性铰链的转角刚度Kθ ，那么当四连杆机构在外力Ｆ的作用下产生δ的平移，每个柔性铰链所储存的弹性能为： A??式中，θ=
1K??2Kθθ22
?；Kθ由查表得； l1F? 2K? l2外力F所做的功为： A?由能量守恒定律：A=4A0，可推导出弹性微动工作台的刚度值基本设计计算公式： K?43.2.3 弹性微动台的设计
在设计时，首先完成整个工作的零件图及装配草图，选择材料，计算出该工作台的质量ｍ。确定柔性铰链的基本参数ｔ和Ｒ。柔性铰链的基本参数ｔ，Ｒ应满足下列工作要求： ①柔性铰链内部应力要小于材料的许用应力。在微位移范围内，此条件一般都能满足。 ②微位移器产生的最大位移输出时，微动台的弹性恢复力应小于微位移器的最大驱动力。 ③微动台的刚性应尽可能大，使其具有良好的动态特性和抗干扰能力。
根据微动工作台的结构原理，微动台的振动模型可以简化为一阶弹簧质量系统，故微动台的固有频率：
f?12?K (m—弹性为动台部分的质量) m本次设计中，微动工作台的尺寸范围为130mm×100mm×200mm，固有频率f=219Hz，刚度K= 0.35kg/μm,t=2mm,R=1.5mm,m=1.8kg。
第四章 硬件设计
4.1 压电陶瓷微位移驱动器
压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，别小看这微小的变化，基于这个原理制做的精确控制机构－－压电驱动器，它具有结构紧凑、体积小、分辨率高、控制简单等优点。
本次设计采用P-840 预负载开/闭环低压压电促动器（如图4-1），其特性如下： （1） 最大行程：180um；
（2） 分辨率：小于1nm，最小可达0.05nm； （3） 刚度：最大可达1280N/um； （4） 工作温度范围：-40℃～+150℃； （5） 最大推/拉里：可达30000N/3500N。
图4-1 P-840 预负载开/闭环低压压电促动器
4.2 电容式传感器
4.2.1电容式传感器原理
对于位移、角位移、振动、压力、加速度以及液面位置、料面位置等物理量的变化换成电容量的变化，构成一个可变的电容器，即电容式传感器。电容式传感器结构简单，动态响应快，本身发热小，适合于非接触量。缺点是容易受寄生电容的影响和外界干扰。
由物理学可知，两平行极板组成的电容器如果不考虑非均匀电场引起的边缘效应，其电容量为：
S （4-1） d式中，?为极板间介质的介电常数，?=?0??r ，?0为真空的介电常数，?0=8.854×10-12F/m，?r是介质相对真空的介电常数，?r空气?1，其他介质材料?r ?1；S为极板覆盖
C??面积；d为极板间距离。
由于被测量的变化引起电容式传感器有关参数?，S，d的变化，使电容量C也随之变化。据此，常见电容式传感器的类型有：变间隙（改变d），变面积式（改变S），变介电常
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