一种自适应压电驱动装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于光纤传感技术领域，公开了一种自适应、高精度、高灵活性的压电驱动装置。装置的控制器、数模转换单元、幅度放大单元、功率放大单元、检测单元构成反馈回路，可以根据波形幅度与频率信息，对驱动波形进行调节，实现自适应功能；装置的电源网络采用降噪处理，集成芯片电源引脚采用RC滤波器网络，有效降低了电源噪声，提高了驱动精度；装置采用模块化设计，针对不同的压电驱动需求，保持核心架构不变，使用不同技术指标的幅度放大单元和功率放大单元即可实现，提高了装置的灵活性。
【专利说明】
一种自适应压电驱动装置
技术领域
[0001]本实用新型属于光纤通讯、传感领域，特别涉及到法布里-珀罗可调谐光纤滤波器压电陶瓷的驱动技术。
【背景技术】
[0002]法布里-珀罗可调谐光纤滤波器是对光信号进行波长选择的器件，在光纤通讯，传感领域应用非常广泛。基于可调谐光纤滤波器的光纤通讯波分复用技术可以进一步提高波分复用的频道数目；而由可调谐光纤滤波器制成的光栅解调系统是目前技术最成熟、应用最广泛的波长解调方案，精度可以达到皮米级。法布里-珀罗可调谐光纤滤波器是一种根据法布里-珀罗干涉原理制造的结构简单的滤波器。输入光纤和输出光纤的端面抛光，形成透镜，并且固定在压电陶瓷可调支架上，中间存在缝隙。对光信号波长的选择是通过调节压电陶瓷结构来实现的:通过控制电压使压电陶瓷产生形变，对可调支架进行微调，中间缝隙发生变化，从而改变光信号波长的选择。所以，压电陶瓷的驱动技术直接影响着法布里-珀罗可调谐光纤滤波器的调节精度，关系到光纤通讯中波分复用的滤波频宽和光纤传感中光栅解调系统的分辨率，是光纤通讯，传感领域的一种关键技术。
[0003]当前的压电驱动技术主要分为电压控制型和电流控制型。电压控制具有良好的低频稳定性，能够获得较高分辨率。但是由于压电陶瓷的形变和电压之间存在非线性迟滞效应、蠕变现象等，系统的频率响应较低，所以，需要采用控制算法进行优化。电流控制型通过在压电陶瓷两端施加双向电流来实现控制，这种方法稳定性较差，但是响应迅速，适合需要高频控制的场合。
[0004]国内外相当多的研究报道及专利申请(授权)涉及压电陶瓷的驱动技术，例如:
[0005]压电驱动器及其制造方法(CN 103199733 B)
[0006]用于控制压电驱动器的电路(CN 01102885)
[0007]压电驱动器及压电马达(CN 103259449 A)
[0008]多层压电驱动器的制造方法和多层压电驱动器(CN101552318 A)
[0009]一种压电陶瓷驱动器的自适应学习控制方法(CN 103853046 A)
[0010]尽管有相当多的类似工作，但是，能够同时满足“自适应、高精度、高灵活性”的压电驱动装置极为罕见。
【发明内容】
[0011]本实用新型要解决的问题是，提供一种能够同时满足“自适应、高精度、高灵活性”的压电驱动装置。
[0012]本实用新型的具体内容包括:
[0013]—种自适应压电驱动装置由以下部分组成:控制器;数模转换单元；幅度放大单元;功率放大单元;偏置单元;检测单元。其连接控制关系为:控制单元根据控制曲线发送数字命令给数模转换单元，数模转换单元将数字量变换为模拟量输出给幅度放大单元，幅度放大单元主要由运放构成，将前级电压模拟量进行放大并输出给功率放大单元，功率放大单元主要由功率MOS管构成，将前级电压模拟量进行功率放大，驱动负载压电陶瓷，偏置单元根据控制器的指令对幅度放大单元中的电压模拟量进行偏置设置，检测单元检测功率放大后的模拟量并转换为数字量输出给控制器。
[0014]—种自适应压电驱动装置的偏置单元由以下部分构成:参考电压单元;加法器;减法器;比例放大单元和隔离器。其连接控制关系为:控制器控制参考电压单元和加法器与减法器，参考电压经过加法器和减法器输出电压信号给比例放大单元；比例放大单元放大电压信号后输出给隔离器，隔离器输出电压信号给装置的幅度放大单元，起到隔离偏置单元与幅度放大单元的作用。
[0015]—种自适应压电驱动装置的检测单元由以下部分构成:隔离器;放大器和模数转换单元。其连接控制关系为:功率放大单元的模拟电压值驱动压电陶瓷的同时，输出给检测单元的隔离器，隔离器输出给放大器，放大器对输入信号进行调理后输出给模数转换单元，模数转换单元将输入模拟量转换为数字量输出给控制器。
[0016]本实用新型的控制器、数模转换单元、幅度放大单元、功率放大单元、检测单元构成反馈回路，控制器可以根据检测单元得到的波形幅度与频率数据，对数模转换单元的驱动数据进行调节，实现了驱动装置的自适应功能。
[0017]本实用新型的数模转换单元采用TI16位数模转换器DAC712，最高通信速度1MHz，控制器与数模转换单元之间采用并行通信，可以有效提高数模转换速度，简化控制器软件编程。
[0018]本实用新型的电源按照AC/DC、DC/DC、线性稳压器(LDO)的结构组成，AC/DC实现交流220V到直流24V的变换，DC/DC实现24V到±15V的变换，输出开关电源，并且采用隔离型，隔离AC/DC产生的噪声干扰。LDO实现± 15V到± 12V、5V、3.3V的变换，可以滤除± 15V开关电源的输出纹波，提高驱动信号精度。
[0019]本实用新型在每个集成电路芯片的电源引脚都串接有小阻值电阻，取值10欧姆?50欧姆不等，用来配合印刷电路板的寄生电容形成RC低通滤波网络，进一步滤除电源高频噪声，提高驱动信号精度。
[0020]本实用新型采用模块化设计，可以针对压电驱动的具体需求，选择不同型号的运放和晶体管组成幅度放大单元和功率放大单元，即可实现不同幅度与斜率的驱动信号，提高了驱动装置的灵活性。
[0021]发明的有益效果
[0022]本实用新型高速所提出的技术方案，可以实现同时满足“自适应、高精度、高灵活性”的压电驱动装置。
[0023]本实用新型包含反馈回路，控制器可以根据检测单元得到的波形幅度与频率数据，对数模转换单元的驱动数据进行调节，实现了驱动装置的自适应功能。
[0024]本实用新型的电源网络采用降噪处理，运放与晶体管采用低噪声器件，能够有效提尚驱动?目号精度。
[0025]本实用新型采用模块化设计，针对不同的压电驱动需求，保持核心架构不变，使用不同输出范围的运放与功率管，即可改变幅度放大单元和功率放大单元的技术指标，提高了装置的灵活性。
[0026]本实用新型采用控制器、数模转换单元、幅度放大单元和功率放大单元的分立结构，可以灵活产生各种驱动波形，解决了使用压电驱动集成芯片存在的波形固化问题，提高了装置的灵活性。
【附图说明】
[0027]图1是本实用新型的系统框图
[0028]图2是本实用新型的偏置单兀框图
[0029]图3是检测单元框图
[0030]图4是电源网络框图
[0031]以下结合附图和实施例对本实用新型进一步详细阐述，但本实用新型不限于这些实施例。
【具体实施方式】
[0032]参阅图1，图2和图3，图4，本实施例的自适应、高精度、高灵活性的FBG解调仪可调谐光纤滤波器驱动装置包括:
[0033]驱动装置由以下部分组成:控制器(11);数模转换单元(12);幅度放大单元(13);功率放大单元(14);偏置单元(15);检测单元(16)。其连接控制关系为:控制器(11)根据控制曲线发送数字命令给数模转换单元(12)，数模转换单元(12)将数字量变换为模拟量输出给幅度放大单元(13)，幅度放大单元(13)主要由运放构成，将前级电压模拟量进行放大并输出给功率放大单元(14)，功率放大单元(14)主要由功率MOS管构成，将前级电压模拟量进行功率放大，驱动负载压电陶瓷，偏置单元(15)根据控制器的指令对幅度放大单元中的电压模拟量进行偏置设置，检测单元(16)检测功率放大后的模拟量并转换为数字量输出给控制器(11)。
[0034]参阅图2，偏置单元(15)由以下部分构成:参考电压单元(21);加法器(22);减法器
(23);比例放大单元(24)和隔离器(25)。其连接控制关系为:控制器(11)控制参考电压单元
(21)、加法器(22)、减法器(23)，参考电压经过加法器(22)和减法器(23)输出电压信号给比例放大单元(24);比例放大单元(24)放大电压信号后输出给隔离器(25)，隔离器(25)输出电压信号给装置的幅度放大单元(13)，起到隔离偏置单元(15)与幅度放大单元(13)的作用。
[0035]参阅图3，检测单元(16)由以下部分构成:隔离器(31);放大器(32)和模数转换单元(33)。其连接控制关系为:功率放大单元(14)的模拟电压值驱动压电陶瓷的同时，输出给检测单元(16)的隔离器(31)，隔离器(31)输出给放大器(32)，放大器(32)对输入信号进行调理后输出给模数转换单元(33)，模数转换单元(33)将输入模拟量转换为数字量输出给控制器(11)。
[0036]该实施例中，控制器(II)采用TI的MCU MSP430F149，与数模转换单元(12) DAC712进行并行连接，采用描点的方式输出三角波电压模拟量，幅度峰峰值10V，频率2Hz。经过幅度放大单元(13)和功率放大单元(14)后，驱动信号变为幅度峰峰值18V、频率2Hz的大功率电压信号。
[0037]用本实施例的FBG解调仪可调谐光纤滤波器驱动装置，可以获得如下优点:
[0038]第一，可以实现驱动信号的自适应调节。由于装置采用了反馈回路，控制器(11)可以根据检测单元(16)得到的驱动信号幅度与频率信息，对数模转换单元(12)进行微调，提高了信号精度。
[0039]第二，由于装置个主要芯片耗电电流很小，可以在电源引脚串接电阻，配合印刷电路板的寄生电容形成RC低通滤波网络，滤除了电源高频噪声，再加上装置采用的电源网络去噪技术，进一步提高了驱动信号的精度。
【主权项】
1.一种自适应压电驱动装置，其特征包括: 装置由以下部分组成:控制器(I I);数模转换单元(12)；幅度放大单元(13);功率放大单元(14);偏置单元(15);检测单元(16);其连接控制关系为:控制器(11)根据控制曲线发送数字命令给数模转换单元(12)，数模转换单元(12)将数字量变换为模拟量输出给幅度放大单元(13)，幅度放大单元(13)主要由运放构成，将前级电压模拟量进行放大并输出给功率放大单元(14)，功率放大单元(14)主要由功率MOS管构成，将前级电压模拟量进行功率放大，驱动负载压电陶瓷，偏置单元(15)根据控制器的指令对幅度放大单元中的电压模拟量进行偏置设置，检测单元(16)检测功率放大后的模拟量并转换为数字量输出给控制器(11);偏置单元(15)由以下部分构成:参考电压单元(21);加法器(22);减法器(23);比例放大单元(24)和隔离器(25);其连接控制关系为:控制器(11)控制参考电压单元(21)、加法器(22)、减法器(23)，参考电压经过加法器(22)和减法器(23)输出电压信号给比例放大单元(24);比例放大单元(24)放大电压信号后输出给隔离器(25)，隔离器(25)输出电压信号给装置的幅度放大单元(13)，起到隔离偏置单元(15)与幅度放大单元(13)的作用；检测单元(16)由以下部分构成:隔离器(31);放大器(32)和模数转换单元(33);其连接控制关系为:功率放大单元(14)的模拟电压值驱动压电陶瓷的同时，输出给检测单元(16)的隔离器(31)，隔离器(31)输出给放大器(32)，放大器(32)对输入信号进行调理后输出给模数转换单元(33)，模数转换单元(33)将输入模拟量转换为数字量输出给控制器(11)。2.依据权利要求1所述的一种自适应压电驱动装置，其特征在于:装置的控制器、数模转换单元、幅度放大单元、功率放大单元、检测单元构成反馈回路，控制器可以根据检测单元得到的波形幅度与频率数据，对数模转换单元的驱动数据进行调节，实现了驱动装置的自适应功能。3.依据权利要求1所述的一种自适应压电驱动装置，其特征在于:装置的数模转换单元采用TI 16位数模转换器DAC712，最高通信速度1MHz，控制器与数模转换单元之间采用并行通信。4.依据权利要求1所述的一种自适应压电驱动装置，其特征在于:装置的电源网络按照AC/DC、DC/DC、线性稳压器的结构组成，AC/DC实现交流220V到直流24V的变换，DC/DC实现24V到±15V的变换，输出开关电源，并且采用隔离型，隔离AC/DC产生的噪声干扰;LDO实现土 15V到± 12V、5V、3.3V的变换，可以滤除± 15V开关电源的输出纹波。5.依据权利要求1所述的一种自适应压电驱动装置，其特征在于:装置的每个集成电路芯片的电源引脚都串接有小阻值电阻，取值10欧姆?50欧姆不等，用来配合印刷电路板的寄生电容形成RC低通滤波网络，进一步滤除电源高频噪声。
【文档编号】G05B19/042GK205665539SQ201620439998
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】史向东, 王忠民, 黄永兴, 邢广勤, 李亚, 于淼, 冯忠云
【申请人】珠海艾文科技有限公司