[發(fā)明專利]壓電陶瓷驅(qū)動裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410592667.5
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104320017A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王學(xué)亮;李佩玥;張巍;隋永新;楊懷江
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
• 主分類號: H02N2/06
• 分類號: H02N2/06
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及密位移控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓電陶瓷的驅(qū)動方法和裝置。

背景技術(shù)

壓電陶瓷材料具有分辨率高，頻率特性好，輸出力大，無磁干擾和發(fā)熱小等優(yōu)點，其作為納米級定位系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)被廣泛地使用于航空航天、半導(dǎo)體、生物工程、精密檢測及精密加工等領(lǐng)域。在納米級的高精度定位應(yīng)用中，通常要求其執(zhí)行器具有亞納米量級的定位分辨率。壓電陶瓷材料的伸長量與其驅(qū)動電壓成正比，因此壓電陶瓷驅(qū)動電路的驅(qū)動電壓分辨率決定了壓電陶瓷執(zhí)行器的定位分辨率。通常，壓電陶瓷驅(qū)動電路為單端結(jié)構(gòu)，在這種電路結(jié)構(gòu)中驅(qū)動電壓很容易受到環(huán)境噪聲的影響，例如，電路板電源電壓的噪聲和從時鐘信號耦合的噪聲，導(dǎo)致驅(qū)動電壓分辨率降低，繼而導(dǎo)致定位系統(tǒng)的定位分辨率降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有壓電陶瓷驅(qū)動技術(shù)存在的易受環(huán)境噪聲影響的問題，提供一種壓電陶瓷驅(qū)動裝置。

壓電陶瓷驅(qū)動裝置，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓放大器和差分驅(qū)動器；數(shù)字信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換以后變?yōu)槟M電壓信號；模擬電壓信號經(jīng)電壓放大器放大后傳輸至差分驅(qū)動器；差分驅(qū)動器將電壓施加于壓電陶瓷兩端。

本發(fā)明還包括微控制器，所述微控制器產(chǎn)生的數(shù)字信號提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述微控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓放大器和差分驅(qū)動器裝配在印制電路板上。

本發(fā)明還包括數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器產(chǎn)生的數(shù)字信號提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)字信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓放大器和差分驅(qū)動器裝配在印制電路板上。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明使用差分驅(qū)動器對壓電陶瓷進行驅(qū)動，提高了定位系統(tǒng)的定位分辨率。本發(fā)明將數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓放大器與差分驅(qū)動器結(jié)合，使用差分驅(qū)動器對壓電陶瓷進行驅(qū)動時可以顯著提高壓電陶瓷的輸出位移分辨率，系統(tǒng)可以使用性能較低的電源供電，極大地削減整個系統(tǒng)的成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動裝置中由微控制器提供數(shù)字信號的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動裝置中由數(shù)字信號處理器提供數(shù)字信號的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動裝置中包括微控制器集成在印制電路板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動裝置中包括數(shù)字信號處理器集成在印制電路板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動裝置的原理示意圖。

圖中：1、微控制器，2、微控制器的數(shù)字信號輸出端，3、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸入端，4、數(shù)模轉(zhuǎn)換器，5、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸出端，6、電壓放大器的信號輸入端，7、電壓放大器，8、電壓放大器的信號輸出端，9、差分驅(qū)動器的信號輸入端，10、差分驅(qū)動器的信號輸出端，11、差分驅(qū)動器，12、壓電陶瓷，13、數(shù)字信號處理器，14、數(shù)字信號處理器的數(shù)字信號輸出端，15、印制電路板。

具體實施方式

具體實施方式一、結(jié)合圖1至圖5說明本實施方式，壓電陶瓷驅(qū)動裝置，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器4、電壓放大器7和差分驅(qū)動器11；其中數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸出端5與電壓放大器的信號輸入端6連接，電壓放大器的信號輸出端8與差分驅(qū)動器的信號輸入端9連接，差分驅(qū)動器的信號輸出端10連接于壓電陶瓷12；數(shù)字信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器4轉(zhuǎn)換以后變?yōu)槟M電壓信號；模擬電壓信號經(jīng)電壓放大器7放大后傳輸至差分驅(qū)動器11；差分驅(qū)動器11將電壓施加于壓電陶瓷12兩端。

本實施方式還包括微控制器1，所述微控制器1產(chǎn)生的數(shù)字信號提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器4，微控制器的數(shù)字信號輸出端2與數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號輸入端3連接，

本實施方式中還包括數(shù)字信號處理器13，所述數(shù)字信號處理器13產(chǎn)生的數(shù)字信號提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器4，數(shù)字信號處理器的數(shù)字信號輸出端14與數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號輸入端3連接。

本實施方式中還包括印制電路板15，所述微控制器1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器4、電壓放大器7和差分驅(qū)動器11裝配在印制電路板15上；或者數(shù)字信號處理器13、數(shù)模轉(zhuǎn)換器4、電壓放大器7和差分驅(qū)動器11裝配在印制電路板15上。

結(jié)合圖5說明本實施方式，本實施方式中微控制器1采用Microchip公司的PIC18F4520，數(shù)模轉(zhuǎn)換器4采用Anolog?Devices公司的AD5570，電壓放大器7采用Anolog?Devices公司的ADA4700，差分驅(qū)動器11由Vishay公司的IRF510和電阻構(gòu)成。PIC8F4520的RC5/SDO引腳、RC3/SCK/SCL引腳、RD1/PSP1引腳、RD2/PSP2引腳和RD3/PSP3引腳依次與AD5570的SDIN引腳、SCLK引腳、SYNC引腳、LDAC引腳和CLR引腳連接，通過SPI鏈路進行數(shù)字信號的傳輸，AD5570的V_OUT引腳經(jīng)電阻R87連接至ADA4700的反相輸入端，ADA4700的同相輸入端接地，ADA4700的輸出端與反相輸入端之間連接電阻R88，ADA4700的輸出端與差分驅(qū)動器中Q1的柵極連接，Q1的漏極通過R89與電源連接，差分驅(qū)動器中Q2的柵極接地，Q2的漏極通過R90與電源連接，R89與R90的組織相等，Q1的源極與Q2的源極連接后接電流源I1，輸出信號從Q1的漏極和Q2的漏極取出，加到壓電陶瓷12的兩端。