[發明專利]一種壓電陶瓷掃描管驅動器

無效

• 申請號: 200910238455.6
• 申請日: 2009-11-26
• 公開（公告）號: CN101706513A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 陳強;錢建強;楊勇;李淵;華寶成;李英姿
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01Q10/00
• 分類號: G01Q10/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種壓電陶瓷掃描管驅動器，屬于原子力顯微鏡(AFM)技術領域。

背景技術

原子力顯微鏡問世以來，提供了一種能在納米尺度、分子乃至原子水平上觀察物質形貌 的工具，其利用在一個柔性懸臂梁上的很細的探針接近被測表面，在被測表面做橫向掃描時， 樣品表面高低起伏的變化改變了樣品表面和探針的間距，從而改變了兩者間的相互作用力 ——原子力，通過縱向移動針尖或樣品，保持恒定的原子力來測量表面形貌，分辨率可達納 米量級。

目前，原子力顯微鏡已發展成為一種成熟的實驗用表面分析儀器，廣泛用于材料表面微 觀形貌分析，生命科學等領域。現有商業化的原子力顯微鏡，基本上用于裝備大學及科研機 構的實驗室，由于其本身的一些局限性，不能直接應用于各種特殊環境，如無人值守的深空 環境原位測量、工業現場環境、地質科考現場環境等。

掃描器是原子力顯微鏡的核心組成部分之一，大部分原子力顯微鏡都是用壓電陶瓷掃描 管進行掃描成像，而作為原子力顯微鏡中一個重要部分，壓電陶瓷掃描管驅動器是造成原子 力顯微鏡上述局限性的一個重要原因。壓電陶瓷掃描管需要高電壓進行驅動，而且驅動電壓 越高，掃描范圍越大。目前的壓電陶瓷掃描管驅動器具有功耗較高和體積較大等問題，而且 一般使用交流電供電，不方便室外環境或者工業現場的使用。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，針對目前壓電陶瓷掃描管驅動器體積大，能耗高的 不足，提供一種壓電陶瓷掃描管驅動器，不改變現有掃描驅動器的結構和控制原理，優化基 于壓電陶瓷掃描管的三維掃描驅動系統，實現掃描驅動器器的低功耗化與小型化，并且可以 使用任何5～12V直流電源或者電池供電，使原子力顯微鏡的原位測量更加方便。

一種壓電陶瓷掃描管驅動器，包括高壓電源模塊、低壓電源模塊、高壓放大模塊和信號 調理模塊；

X、Y和Z向的控制電壓分別輸入至三個信號調理模塊，信號調理模塊將控制電壓轉換 為X+、X-、Y+、Y-、Z方向的調理電壓，五個方向的調理電壓分別輸入至五個高壓放大模 塊，高壓放大模塊將五個方向的調理電壓放大20倍為驅動電壓，驅動壓電陶瓷掃描管的五 個驅動方向，將供電電壓分別輸入至高壓電源模塊和低壓電源模塊，高壓電源模塊輸出 +215V直流電壓為高壓放大模塊提供電源，低壓電源模塊輸出±15V直流電壓為高壓放大模 塊和信號調理模塊提供電源。

本發明的優點在于：

(1)本發明所述的壓電陶瓷掃描管驅動器功耗低，能夠使用直流5-12V的任何電源或 者電池供電；

(2)本發明所述的壓電陶瓷掃描管驅動器使用調理電壓20倍的單向驅動電壓實現對陶 瓷管的雙向驅動；

(3)本發明所述的壓電陶瓷掃描管驅動器體積較小，方便攜帶。

附圖說明

圖1是本發明一種壓電陶瓷掃描管驅動器的結構示意圖；

圖2是本發明的高壓電源結構示意圖；

圖3是本發明的信號調理模塊結構示意圖；

圖4是本發明的高壓放大模塊結構示意圖；

圖5為不同電壓供電時本發明所述裝置的功率。

圖中：

1-高壓電源模塊?????2-低壓電源模塊??????3-高壓放大模塊??4-信號調理模塊

101-脈寬調制模塊???102-變壓器??????????103-穩壓電路????104-反饋電路

105-開關電路???????301-電壓控制電路????302-NPN晶體管???303-電流源

401-正半波整流電路?402-負半波整流電路??403-反向電路

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。

本發明的一種壓電陶瓷掃描管驅動器，如圖1所示，包括高壓電源模塊1、低壓電源模 塊2、高壓放大模塊3和信號調理模塊4。

X、Y和Z向的控制電壓分別輸入至三個信號調理模塊4，信號調理模塊4將控制電壓 轉換為X+、X-、Y+、Y-、Z方向的調理電壓，五個方向的調理電壓分別輸入至五個高壓放 大模塊3，高壓放大模塊3將五個方向的調理電壓放大20倍為驅動電壓，輸出至壓電陶瓷 掃描管的五個驅動方向，以驅動壓電陶瓷掃描管。