[發明專利]一種二維納米定位平臺控制系統

在審

• 申請號: 202110913065.5
• 申請日: 2021-08-10
• 公開（公告）號: CN113759770A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 張海濤;王志岳;陳智勇;張逸倫;易明磊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王穎翀

本發明公開了一種二維納米定位平臺控制系統，包括：控制板、輸入控制回路和輸出反饋回路；輸入控制回路的輸入端和輸出端分別與控制板的輸出端和二維納米定位平臺的輸入端連接，用于將控制板輸出的控制信號轉換為二維納米定位平臺驅動信號；輸出反饋回路的輸出端與控制板的輸入端連接，用于將激光位移傳感器測量的二維納米定位平臺位移數據傳輸至控制板，以供控制板生成控制信號。通過采用四個驅動器以對稱差分驅動模式驅動納米定位平臺的XY軸，相較于傳統單驅動模式可有效減少納米定位平臺的滯環與多軸耦合誤差，結合高精度位移傳感器實現高性能的閉環反饋控制器，能夠對二維納米定位平臺精密定位運行的精準穩定控制。

技術領域

本發明屬于納米定位控制領域，更具體地，涉及一種二維納米定位平臺控制系統。

背景技術

原子力顯微鏡(AFM)作為納米科技領域最重要的工具之一，其出現為納米科學世界的探索奠定了基礎，已經應用于材料科學、微納米制造以及生物技術等領域并起到了關鍵性的作用。隨著微納米科技的迅猛發展，對AFM的成像速度與精度的要求越來越高。例如只有高速的AFM成像才能記錄一些毫秒級別的動態變化的化學反應的進程，目前一般商業AFM難以滿足高速高精成像的需求。納米定位平臺掃描器作為AFM的核心部件，其定位精度與速度直接決定了AFM的掃描速度與精度。壓電陶瓷驅動的納米定位平臺具有響應速度快、無摩擦等優點，已經達到了納米級別的定位精度。針對壓電陶瓷驅動的納米定位平臺的控制系統與方法對于納米定位平臺的研究與應用具有重要的意義，其控制系統仍是需要解決的問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種二維納米定位平臺控制系統，由此解決現有的納米定位平臺控制系統定位精度不高的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種二維納米定位平臺控制系統，包括：控制板、輸入控制回路和輸出反饋回路；

所述輸入控制回路的輸入端和輸出端分別與控制板的輸出端和二維納米定位平臺的輸入端連接，包括電壓放大器和驅動器，用于將控制板輸出的控制信號轉換為二維納米定位平臺驅動信號；

所述輸出反饋回路的輸出端與控制板的輸入端連接，包括激光位移傳感器，用于將激光位移傳感器測量的二維納米定位平臺位移數據傳輸至控制板，以供控制板生成控制信號。

優選地，所述二維納米定位平臺控制系統還包括終端主機，所述終端主機的輸出端與控制板的輸入端連接，用于提供人機交互界面。

優選地，所述激光位移傳感器包括激光位移傳感器探頭和激光位移傳感器主機。

優選地，所述二維納米定位平臺固定安裝于底座上方。

優選地，所述激光位移傳感器包括兩個激光位移傳感器探頭，所述兩個激光位移傳感器探頭互相垂直分布在底座的XY軸方向上。

優選地，所述底座包括卡槽、固定螺孔、電氣通路和電氣接口；

所述卡槽設置于平臺底座上表面，用于安裝所述二維納米定位平臺；

所述固定螺孔均勻對稱分布在卡槽四周，用于固定所述二維納米定位平臺；

所述電氣通路設置于底座內部，用于鋪排導線以將驅動器與電氣接口連接；

所述電氣接口設置于在底座側表面，用于接收電壓放大器傳輸的放大電壓信號，并經由電氣通路傳輸至驅動器以對所述二維納米定位平臺進行驅動。

優選地，所述輸入控制回路包括四個驅動器，所述四個驅動器呈中心對稱分布在所述二位納米定位平臺的XY軸方向上。

優選地，所述驅動器為壓電陶瓷驅動器。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：