CN217087797U - 一种压电驱动器的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压电驱动器的驱动装置，包括：处理器和多路驱动电路；多路驱动电路均包括数模转换器、可控电压参考源和放大器，各数模转换器将各自的模拟信号经各路放大器放大后，输出施加于各压电陶瓷的输出电压；通过可控电压参考源调控各路数模转换器的电压参考值或通过放大器调整各输出电压的放大倍数，以使各压电陶瓷的最小位移变化量相同。在标定的过程中，无需调整输入数码的范围，所以每一路都可以保持设计的动态范围，此外还可解决现有技术方案位移分辨率不一致的问题，进而保证压电驱动器在进行直线位移时各压电陶瓷的伸缩量相同。

Description

一种压电驱动器的驱动装置

技术领域

本申请涉及压电驱动器领域，特别是涉及一种压电驱动器的驱动装置。

背景技术

压电陶瓷以其精密的输出能力被广泛应用于众多领域，在实际应用中，通常需要将多个压电陶瓷装配为一个整体***使用，例如图1所示的zRxRy三维调节台。

图1中所示的三维调节台，三个压电陶瓷102、103、104牢固安装于基座101之上，在施加驱动电压信号后，压电陶瓷将伸长，顶起工件台108，通过分别控制三个压电陶瓷102、103、104的伸长位移量，使得工件台产生z向平动和绕x、绕y的转动。弹簧105、106、107安装于基座101和工件台108之间，用于为压电陶瓷102、103、104提供预紧力。工件台108上表面上有安装孔109、110、111，用于安装工件。

由于多个压电陶瓷之间必然存在特性差异，即在施加相同驱动电压的情况也会有不同的伸长位移量。例如，图1中所示的压电陶瓷102、103、104，在理想情况下具有输入输出特性0.1μm/V，但实际上3个压电陶瓷的输入输出特性分别为0.098μm/V、0.106μm/V和0.084μm/V。分别对压电陶瓷102、103、104施加驱动电压V1、V2和V3，当V1＝V2＝V3＝100V时，其伸长位移量分别为D1＝9.8μm、D2＝10.6μm、D3＝8.4μm。理想情况下工件台108应只有沿z向平移运动，实际情况下工件台108产生了z、Rx和Ry三维运动。

在现有技术中，为了使三路DAC输入数码时位移一致，只能改变输入数码，因此在标定后，会使得输入数码被浪费，即动态范围变差，进而缩小了压电陶瓷的位移范围。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种压电驱动器的控制装置，可以保证各路DAC输入数码的动态范围保持原有设计值，而且可以保证各路的位移分辨率一致。

为解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：

一种压电驱动器的驱动装置，所述压电驱动器包括定子、动子和多个压电陶瓷，多个所述压电陶瓷设置于所述定子上，用于驱动所述动子按预设轨迹运动，所述驱动装置包括：

处理器和多路驱动电路；

多路所述驱动电路均包括数模转换器、可控电压参考源和放大器，各所述数模转换器将各自的模拟信号经各路所述放大器放大后，输出施加于各所述压电陶瓷的输出电压；

通过所述可控电压参考源调控各路所述数模转换器的电压参考值或通过所述放大器调整各输出电压的放大倍数，以使各所述压电陶瓷的最小位移变化量相同。

优选地，所述可控电压参考源包括调压用数模转换器。

优选地，所述可控电压参考源包括数字电位器。

优选地，所述可控电压参考源包括数字可编程增益放大器。

优选地，还包括与所述放大器串联的数字可编程增益放大器。

优选地，还包括与所述放大器连接的反馈电路，所述反馈电路包括数字电位器、和与所述数字电位器连接的固定阻值电阻。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本申请所提供的一种压电驱动器的驱动装置，包括：处理器和多路驱动电路；多路驱动电路均包括数模转换器、可控电压参考源和放大器，各数模转换器将各自的模拟信号经各路放大器放大后，输出施加于各压电陶瓷的输出电压；通过可控电压参考源调控各路数模转换器的电压参考值或通过放大器调整各输出电压的放大倍数，以使各压电陶瓷的最小位移变化量相同。在标定的过程中，无需调整输入数码的范围，所以每一路都可以保持设计的动态范围，此外还可解决现有技术方案位移分辨率不一致的问题，进而保证压电驱动器在进行直线位移时各压电陶瓷的伸缩量相同。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有三维调节台的结构示意图；

图2为现有压电驱动器的驱动原理示意图；

图3为本申请一种具体实施方式所提供的一种压电驱动器的驱动原理示意图；

图4为由调压用数模转换器构成的可控电压参考源的示意图；

图5为由数字电位器构成的可控电压参考源的示意图；

图6为由数字可编程增益放大器构成的可控电压参考源的示意图；

图7为与原放大器串联数字可编程增益放大器的示意图；

图8为放大器的反馈电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广。因此本申请不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图2，图2为现有压电驱动器的驱动原理示意图，以8位DAC，10V参考电压，放大器放大倍数为10，则施加于压电陶瓷上的***输出电压Vout＝DAC输入数码/(2^8-1)*10V*10。此时，输入数码与理想位移和实际位移的关系如表1所示，由表1可知，当三路DAC都输入数码255时，位移分别为9.8um、10.6um和8.4um。

标定前三路驱动：最小电压变化量＝0.39V，最大电压范围＝100V，动态范围＝100/0.39＝256；位移分辨率(即各压电陶瓷最小位移变化量)，分别为0.04μm、0.04μm和0.03μm。

表1为现有技术标定前的***输入-输出情况

为了使三路DAC输入数码255(即满行程)时位移一致，通常只能改变输入数码，因此现有技术标定后的***输入-输出情况如表2所示。

表2为现有技术标定后的***输入-输出情况

由上表2可知，现有技术的驱动方式在标定后存在以下缺陷：

1、输入数码被浪费，也即动态范围变差：第一路由256变为220，第二路由256变为203。其在位移上的表现是，三路压电陶瓷都伸长约8.4μm，但第三路保持了原设计思想分为256份、第一路分为220份、第二路分为203份。

2、依旧没有解决标定前就存在的分辨率不一致的问题(依旧为0.04μm、0.04μm和0.03μm)，即第三路可以按照0.03μm小幅调整，但第一路和第二路只能按照0.04μm幅度调整，因此不利于压电驱动器的位移输出。

请参考图3，图3为本申请一种具体实施方式所提供的一种压电驱动器的驱动原理示意图。

本申请的一种具体实施方式提供了一种压电驱动器的驱动装置，压电驱动器包括定子、动子和多个压电陶瓷，多个压电陶瓷设置于定子上，用于驱动动子按预设轨迹运动，驱动装置包括：处理器和多路驱动电路，驱动电路的个数与压电陶瓷的个数相同；其中多路驱动电路均包括数模转换器、可控电压参考源和放大器，例如包括三路驱动电路，分别记为A、B、C，A路驱动电路与压电陶瓷A连接，B路驱动电路与压电陶瓷B连接，C路驱动电路与压电陶瓷C连接，其中A路驱动电路包括数模转换器A、可控电压参考源A和放大器A，其中B路驱动电路包括数模转换器B、可控电压参考源B和放大器B，其中C路驱动电路包括数模转换器C、可控电压参考源C和放大器C，各数模转换器将各自的模拟信号经各路放大器放大后，输出施加于各压电陶瓷的输出电压；通过可控电压参考源调控各路数模转换器的电压参考值或通过放大器调整各输出电压的放大倍数，以使各压电陶瓷的最小位移变化量相同，其中可控电压参考源可通过以下方案实现，包括但不限于以下三种，可控电压参考源包括调压用数模转换器，该调压用数模转换器区别于上述数模转换器，如图4所示，调压用数模转换器与调压用电压参考源，通过输入数字信号，数模转换器即可输出可控的电压值。可控电压参考源还可通过数字电位器来实现，具体如图5所示。此外可控电压参考源还可通过数字可编程增益放大器来实现，具体如图6所示。因此在标定的过程中，无需调整输入数码的范围，所以每一路都可以保持设计的动态范围，此外还可解决现有技术方案位移分辨率不一致的问题，进而保证压电驱动器在进行直线位移时各压电陶瓷的伸缩量相同。

例如本申请的一种具体实施方式提供的一种压电驱动器的驱动装置依旧使用8位DAC，参考电压分别为可控的Vref1、Vref2和Vref3，后续放大器的放大倍数依旧为10。经测试后发现标定之前三路DAC都输入数码255时，位移分别为9.8um、10.6um和8.4um。分别控制Vref1＝8.57V、Vref2＝7.92V和Vref3＝10V，此时，标定后的***输入-输出情况如表3所示。

表3为本申请的驱动装置在标定后的***输入-输出情况

由于***输出＝输入数码/(2^DAC位数-1)*参考电压*放大倍数。从上述***输出的公式可以看到，除了改变参考电压之外，还可改变放大倍数，放大器的放大倍数可通过下述方案实现，在原放大器的基础上串联数字可编程增益放大器，具体如图7所示。以数字电位器和固定阻值电阻连接的反馈电路来实现，该反馈电路与放大器连接，具体如图8所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种压电驱动器的驱动装置，所述压电驱动器包括定子、动子和多个压电陶瓷，多个所述压电陶瓷设置于所述定子上，用于驱动所述动子按预设轨迹运动，其特征在于，所述驱动装置包括：

处理器和多路驱动电路；

多路所述驱动电路均包括数模转换器、可控电压参考源和放大器，各所述数模转换器将各自的模拟信号经各路所述放大器放大后，输出施加于各所述压电陶瓷的输出电压；

通过所述可控电压参考源调控各路所述数模转换器的电压参考值或通过所述放大器调整各输出电压的放大倍数，以使各所述压电陶瓷的最小位移变化量相同。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述可控电压参考源包括调压用数模转换器。

3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述可控电压参考源包括数字电位器。

4.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述可控电压参考源包括数字可编程增益放大器。

5.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括与所述放大器串联的数字可编程增益放大器。

6.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括与所述放大器连接的反馈电路，所述反馈电路包括数字电位器、和与所述数字电位器连接的固定阻值电阻。

Images