壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置制造方法
【專利摘要】壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)方法和裝置，涉及精密位移控制【技術(shù)領(lǐng)域】，解決現(xiàn)有的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)方法和裝置易受環(huán)境噪聲干擾而導(dǎo)致的定位分辨率低和成本高的問(wèn)題。本發(fā)明包括控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓放大器和差分驅(qū)動(dòng)器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收控制器的數(shù)字信號(hào)后將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，模擬電壓信號(hào)經(jīng)電壓放大器放大后通過(guò)差分驅(qū)動(dòng)器施加于壓電陶瓷。本發(fā)明可以有效地增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)環(huán)境噪聲的抵抗能力，提高壓電陶瓷的定位分辨率，成本低。
【專利說(shuō)明】壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(dòng)方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]壓電陶瓷材料具有分辨率高，頻率特性好，輸出力大，無(wú)磁干擾和發(fā)熱小等優(yōu)點(diǎn)，其作為納米級(jí)定位系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)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(cè)及精密加工等領(lǐng)域。在納米級(jí)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(jí)的定位分辨率。壓電陶瓷材料的伸長(zhǎng)量與其驅(qū)動(dòng)電壓成正比，因此壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路為單端結(jié)構(gòu)，在這種電路結(jié)構(gòu)中驅(qū)動(dòng)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(shí)鐘信號(hào)耦合的噪聲，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)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】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)技術(shù)存在的易受環(huán)境噪聲影響的問(wèn)題，提供一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置。
[0004]壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓放大器和差分驅(qū)動(dòng)器；數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換以后變?yōu)槟M電壓信號(hào)；模擬電壓信號(hào)經(jīng)電壓放大器放大后傳輸至差分驅(qū)動(dòng)器；差分驅(qū)動(dòng)器將電壓施加于壓電陶瓷兩端。
[0005]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(hào)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(dòng)器裝配在印制電路板上。
[0006]本發(fā)明還包括數(shù)字信號(hào)處理器，所述數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)字信號(hào)處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓放大器和差分驅(qū)動(dòng)器裝配在印制電路板上。
[0007]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明使用差分驅(qū)動(dòng)器對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，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(dòng)器結(jié)合，使用差分驅(qū)動(dòng)器對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)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(gè)系統(tǒng)的成本。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置中由微控制器提供數(shù)字信號(hào)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置中由數(shù)字信號(hào)處理器提供數(shù)字信號(hào)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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；
[0011]圖4為本發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置中包括數(shù)字信號(hào)處理器集成在印制電路板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖5為發(fā)明所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置的原理示意圖。
[0013]圖中:1、微控制器，2、微控制器的數(shù)字信號(hào)輸出端，3、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸入端，4、數(shù)模轉(zhuǎn)換器,5、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸出端，6、電壓放大器的信號(hào)輸入端,7、電壓放大器，8、電壓放大器的信號(hào)輸出端,9、差分驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端，10、差分驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端，11、差分驅(qū)動(dòng)器，12、壓電陶瓷，13、數(shù)字信號(hào)處理器，14、數(shù)字信號(hào)處理器的數(shù)字信號(hào)輸出端，15、印制電路板。

【具體實(shí)施方式】
[0014]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1至圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器4、電壓放大器7和差分驅(qū)動(dòng)器11 ;其中數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸出端5與電壓放大器的信號(hào)輸入端6連接，電壓放大器的信號(hào)輸出端8與差分驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端9連接，差分驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端10連接于壓電陶瓷12 ;數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器4轉(zhuǎn)換以后變?yōu)槟M電壓信號(hào)；模擬電壓信號(hào)經(jīng)電壓放大器7放大后傳輸至差分驅(qū)動(dòng)器11 ;差分驅(qū)動(dòng)器11將電壓施加于壓電陶瓷12兩端。
[0015]本實(shí)施方式還包括微控制器1，所述微控制器I產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器4，微控制器的數(shù)字信號(hào)輸出端2與數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號(hào)輸入端3連接，
[0016]本實(shí)施方式中還包括數(shù)字信號(hào)處理器13，所述數(shù)字信號(hào)處理器13產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器4，數(shù)字信號(hào)處理器的數(shù)字信號(hào)輸出端14與數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號(hào)輸入端3連接。
[0017]本實(shí)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(dòng)器11裝配在印制電路板15上；或者數(shù)字信號(hào)處理器13、數(shù)模轉(zhuǎn)換器4、電壓放大器7和差分驅(qū)動(dòng)器11裝配在印制電路板15上。
[0018]結(jié)合圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中微控制器I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AnologDevices公司的ADA4700，差分驅(qū)動(dòng)器11由Vishay公司的IRF510和電阻構(gòu)成。PIC8F4520的 RC5/SD0 引腳、RC3/SCK/SCL 引腳、RDI/PSPI 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(guò)SPI鏈路進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的傳輸，AD5570的Vqut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(dòng)器中Ql的柵極連接，Ql的漏極通過(guò)R89與電源連接，差分驅(qū)動(dòng)器中Q2的柵極接地，Q2的漏極通過(guò)R90與電源連接，R89與R90的組織相等，Ql的源極與Q2的源極連接后接電流源II，輸出信號(hào)從Ql的漏極和Q2的漏極取出，加到壓電陶瓷12的兩端。
【權(quán)利要求】
1.壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(4)、電壓放大器(7)、差分驅(qū)動(dòng)器(11);其特征是，數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(4)轉(zhuǎn)換后變?yōu)槟M電壓信號(hào)；所述模擬電壓信號(hào)經(jīng)電壓放大器(7)放大后傳輸至差分驅(qū)動(dòng)器(11);所述差分驅(qū)動(dòng)器(11)將電壓施加于壓電陶瓷(12)兩端。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，還包括微控制器(I)，所述微控制器(I)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器(4)。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，還包括數(shù)字信號(hào)處理器(13)，所述數(shù)字信號(hào)處理器(13)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器(4)。
4.根據(jù)權(quán)利I或2所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，微控制器(I)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(4)、電壓放大器(7)和差分驅(qū)動(dòng)器(11)裝配在印制電路板(15)上。
5.根據(jù)權(quán)利I或3所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，數(shù)字信號(hào)處理器(13)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(4)、電壓放大器(7)和差分驅(qū)動(dòng)器(11)裝配在印制電路板(15)上。
【文檔編號(hào)】H02N2/06GK104320017SQ201410592667
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】王學(xué)亮, 李佩玥, 張巍, 隋永新, 楊懷江 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所