压电陶瓷驱动装置制造方法
【专利摘要】压电陶瓷驱动方法和装置，涉及精密位移控制【技术领域】，解决现有的压电陶瓷驱动方法和装置易受环境噪声干扰而导致的定位分辨率低和成本高的问题。本发明包括控制器、数模转换器、电压放大器和差分驱动器，数模转换器接收控制器的数字信号后将其转换为模拟电压信号，模拟电压信号经电压放大器放大后通过差分驱动器施加于压电陶瓷。本发明可以有效地增强驱动信号对环境噪声的抵抗能力，提高压电陶瓷的定位分辨率，成本低。
【专利说明】压电陶瓷驱动装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及密位移控制【技术领域】，具体涉及一种压电陶瓷的驱动方法和装置。
【背景技术】
[0002]压电陶瓷材料具有分辨率高，频率特性好，输出力大，无磁干扰和发热小等优点，其作为纳米级定位系统的执行机构被广泛地使用于航空航天、半导体、生物工程、精密检测及精密加工等领域。在纳米级的高精度定位应用中，通常要求其执行器具有亚纳米量级的定位分辨率。压电陶瓷材料的伸长量与其驱动电压成正比，因此压电陶瓷驱动电路的驱动电压分辨率决定了压电陶瓷执行器的定位分辨率。通常，压电陶瓷驱动电路为单端结构，在这种电路结构中驱动电压很容易受到环境噪声的影响，例如，电路板电源电压的噪声和从时钟信号耦合的噪声，导致驱动电压分辨率降低，继而导致定位系统的定位分辨率降低。
【发明内容】
[0003]本发明为解决现有压电陶瓷驱动技术存在的易受环境噪声影响的问题，提供一种压电陶瓷驱动装置。
[0004]压电陶瓷驱动装置，包括数模转换器、电压放大器和差分驱动器；数字信号经数模转换器转换以后变为模拟电压信号；模拟电压信号经电压放大器放大后传输至差分驱动器；差分驱动器将电压施加于压电陶瓷两端。
[0005]本发明还包括微控制器，所述微控制器产生的数字信号提供给数模转换器，所述微控制器、数模转换器、电压放大器和差分驱动器装配在印制电路板上。
[0006]本发明还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器产生的数字信号提供给数模转换器，所述数字信号处理器、数模转换器、电压放大器和差分驱动器装配在印制电路板上。
[0007]本发明的有益效果:本发明使用差分驱动器对压电陶瓷进行驱动，提高了定位系统的定位分辨率。本发明将数模转换器、电压放大器与差分驱动器结合，使用差分驱动器对压电陶瓷进行驱动时可以显著提高压电陶瓷的输出位移分辨率，系统可以使用性能较低的电源供电，极大地削减整个系统的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明所述的压电陶瓷驱动装置中由微控制器提供数字信号的结构示意图；
[0009]图2为本发明所述的压电陶瓷驱动装置中由数字信号处理器提供数字信号的结构示意图；
[0010]图3为本发明所述的压电陶瓷驱动装置中包括微控制器集成在印制电路板的结构示意图；
[0011]图4为本发明所述的压电陶瓷驱动装置中包括数字信号处理器集成在印制电路板的结构示意图；
[0012]图5为发明所述的压电陶瓷驱动装置的原理示意图。
[0013]图中:1、微控制器，2、微控制器的数字信号输出端，3、数模转换器的数字信号输入端，4、数模转换器,5、数模转换器的模拟信号输出端，6、电压放大器的信号输入端,7、电压放大器，8、电压放大器的信号输出端,9、差分驱动器的信号输入端，10、差分驱动器的信号输出端，11、差分驱动器，12、压电陶瓷，13、数字信号处理器，14、数字信号处理器的数字信号输出端，15、印制电路板。
【具体实施方式】
[0014]【具体实施方式】一、结合图1至图5说明本实施方式，压电陶瓷驱动装置，包括数模转换器4、电压放大器7和差分驱动器11 ;其中数模转换器的模拟信号输出端5与电压放大器的信号输入端6连接，电压放大器的信号输出端8与差分驱动器的信号输入端9连接，差分驱动器的信号输出端10连接于压电陶瓷12 ;数字信号经数模转换器4转换以后变为模拟电压信号；模拟电压信号经电压放大器7放大后传输至差分驱动器11 ;差分驱动器11将电压施加于压电陶瓷12两端。
[0015]本实施方式还包括微控制器1，所述微控制器I产生的数字信号提供给数模转换器4，微控制器的数字信号输出端2与数模转换器数字信号输入端3连接，
[0016]本实施方式中还包括数字信号处理器13，所述数字信号处理器13产生的数字信号提供给数模转换器4，数字信号处理器的数字信号输出端14与数模转换器数字信号输入端3连接。
[0017]本实施方式中还包括印制电路板15，所述微控制器1、数模转换器4、电压放大器7和差分驱动器11装配在印制电路板15上；或者数字信号处理器13、数模转换器4、电压放大器7和差分驱动器11装配在印制电路板15上。
[0018]结合图5说明本实施方式，本实施方式中微控制器I采用Microchip公司的PIC18F4520，数模转换器4采用Anolog Devices公司的AD5570，电压放大器7采用AnologDevices公司的ADA4700，差分驱动器11由Vishay公司的IRF510和电阻构成。PIC8F4520的 RC5/SD0 引脚、RC3/SCK/SCL 引脚、RDI/PSPI 引脚、RD2/PSP2 引脚和 RD3/PSP3 引脚依次与AD5570的SDIN引脚、SCLK引脚、SYNC引脚、LDAC引脚和CLR引脚连接，通过SPI链路进行数字信号的传输，AD5570的Vqut引脚经电阻R87连接至ADA4700的反相输入端，ADA4700的同相输入端接地，ADA4700的输出端与反相输入端之间连接电阻R88，ADA4700的输出端与差分驱动器中Ql的栅极连接，Ql的漏极通过R89与电源连接，差分驱动器中Q2的栅极接地，Q2的漏极通过R90与电源连接，R89与R90的组织相等，Ql的源极与Q2的源极连接后接电流源II，输出信号从Ql的漏极和Q2的漏极取出，加到压电陶瓷12的两端。
【权利要求】
1.压电陶瓷驱动装置，包括数模转换器(4)、电压放大器(7)、差分驱动器(11);其特征是，数字信号经数模转换器(4)转换后变为模拟电压信号；所述模拟电压信号经电压放大器(7)放大后传输至差分驱动器(11);所述差分驱动器(11)将电压施加于压电陶瓷(12)两端。
2.根据权利I所述的压电陶瓷驱动装置，其特征在于，还包括微控制器(I)，所述微控制器(I)产生的数字信号提供给数模转换器(4)。
3.根据权利I所述的压电陶瓷驱动装置，其特征在于，还包括数字信号处理器(13)，所述数字信号处理器(13)产生的数字信号提供给数模转换器(4)。
4.根据权利I或2所述的压电陶瓷驱动装置，其特征在于，微控制器(I)、数模转换器(4)、电压放大器(7)和差分驱动器(11)装配在印制电路板(15)上。
5.根据权利I或3所述的压电陶瓷驱动装置，其特征在于，数字信号处理器(13)、数模转换器(4)、电压放大器(7)和差分驱动器(11)装配在印制电路板(15)上。
【文档编号】H02N2/06GK104320017SQ201410592667
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】王学亮, 李佩玥, 张巍, 隋永新, 杨怀江 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所