电容负载存在及类型检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及电容负载，例如包含促动器的压电致动器，且特定地说，涉及一种用于检测连接到功率驱动器的电容负载的存在及类型的系统及方法。
【背景技术】
[0002]压电致动器通常用于要求物体的分辨率极高且移动可控的运动控制系统中。例如，此类装置通常用于光学测量系统中以执行平台、底座及其它组件的极精确且可控旋转移动。作为Newport Corporat1n的部分的New Focus?制造且营销通常用于各种光学应用中的称作Picomotor?的压电致动器。此后，压电致动器将称作Picomotor ?。在使用中，Picomotor?可实现小到或小于0.6毫弧度(mrad)的旋转移动。Picomotor ?的另一优点是:其能够在其断电且随后再次通电时保持其最后的位置。
[0003]通常，Picomotor?及类似压电致动器是用相对较高的电压源驱动。例如，一些压电致动器是用具有大约120伏特的峰值的驱动电压驱动。驱动电压致动压电材料且使所述材料以直线方向膨胀。转子或转轮是以摩擦力耦合到压电材料。例如，Picomotor?使用动态及静态摩擦的原理以使转子或转轮以指定方向旋转。通常呈现定义脉冲的形式的驱动电压波形通常经配置以使转子或转轮以所需顺时针或逆时针方向旋转。
[0004]例如，如果驱动电压波形具有相对较缓慢上升边沿及相对较快速下降边沿，那么转子或转轮将在上升边沿期间归因于显著的摩擦力而旋转，且在下降边沿期间归因于滑动而实质上不能旋转。相反地，如果驱动电压波形具有相对较快速上升边沿及相对较缓慢下降边沿，那么转子或转轮将在上升边沿期间归因于滑动而实质上不能旋转，且在下降边沿期间旋转。
[0005]通常，在此类运动控制系统中，将希望确定Picomotor?是否连接到驱动电压源或功率驱动器。出于许多原因，Picomotor?可例如由于错误布线或连接器断开而变为与功率驱动器断开。由于驱动这些类型的压电致动器涉及相对较高电压，错误布线及断开连接器可对用户具有固有危险。因此，此类运动控制系统将希望在Picomotor?未连接到功率驱动器时警告用户及/或执行某个其它安全操作。
[0006]此外，在此类运动控制系统中，将希望确定连接到功率驱动器的Picomotor?的类型。某些类型的Picomotor?具有某些限制，且应以特定方式操作。例如，第一类型或标准的Picomotor?可以远高于第二类型或微型Picomotor ?的最大脉冲速率的脉冲速率驱动。如果施加于第二类型或微型Picomotor?的脉冲速率显著超过其最大脉冲速率，那么Picomotor?可发生不可逆的损坏。
[0007]因此，需要检测可耦合到功率驱动器的电容负载(例如压电致动器和Picomotor?)的存在及类型。
【发明内容】
[0008]本发明的一方面涉及一种用于确定电容负载是否连接到功率驱动器且如果连接那么确定电容负载的类型的系统。电容负载的实例包含压电致动器及Picomotor?。不同类型的Picomotor?的实例包含标准的Picomotor ?及微型Picomotor ?。然而，应了解，其它类型的电容负载可由本文中描述的技术检测。
[0009]总之，所述系统包括经配置以响应于由功率驱动器产生的驱动电压测量电容负载的特性的检测设备或电路。通过测量电容负载的特性，检测设备或电路能够确定电容负载是否连接到功率驱动器，且如果连接，那么确定电容负载的类型。
[0010]在更特定实例中，检测设备经配置以响应于由功率驱动器产生的驱动电压测量在功率驱动器与电容负载之间流动的电流(如果有)。基于测量电流，检测设备能够确定电容负载是否连接到功率驱动器，且如果连接，那么确定电容负载的类型。
[0011]在一个实施例中，检测电路包括差分放大器、第一窗口比较器、第二窗口比较器、第一寄存器、第二寄存器及微控制器。在此实施例中，检测电路能够通过测量连接到功率驱动器的电容负载的电容来确定电容负载的两种类型。例如，第一类型的电容负载的电容大于第二类型的电容负载的电容。
[0012]差分放大器响应于由功率驱动器产生的驱动电压基于在功率驱动器与电容负载之间流动的电流产生电流相关电压。差分放大器通过感测跨串联耦合在功率驱动器与电容负载之间的电阻器的电压降产生电流相关电压。驱动电压可被配置为具有前沿及后沿的脉冲，其中所述边沿中的一者具有缓坡且另一边沿具有陡坡。基于此驱动电压，电流相关电压将展现出实质上与驱动电压的陡坡一致的尖峰。尖峰的峰值或量值取决于电容负载的电容，且用来确定存在何种类型的电容负载(如果有)。
[0013]第一窗口比较器比较电流相关电压的峰值与第一上阈值及下阈值。第一上阈值对应于陡坡属于驱动电压的前沿时，且第一下阈值对应于陡坡属于驱动电压的后沿时。如果电流相关电压的峰值超过正方向上的第一上阈值或超过负方向上的第一下阈值，那么第一窗口比较器产生使第一寄存器输出高逻辑电平信号的信号；否则第一寄存器输出低逻辑电平信号。
[0014]类似地，第二窗口比较器比较电流相关电压的峰值与第二上阈值及下阈值。第二上阈值及下阈值具有小于第一上阈值及下阈值的量值或绝对值。类似地，第二上阈值对应于陡坡属于驱动电压的前沿时，且第二下阈值对应于陡坡属于驱动电压的后沿时。如果电流相关电压的峰值超过正方向上的第二上阈值或超过负方向上的第二负阈值，那么第二窗口比较器产生使第二寄存器输出高逻辑电平信号的信号；否则第二寄存器输出低逻辑电平信号。
[0015]微控制器读取第一寄存器及第二寄存器的输出以确定电容负载是否连接到功率驱动器，且如果连接，那么确定电容负载的类型。例如，如果两个寄存器均输出低逻辑电平，那么微控制器将此解译为没有电容负载连接到功率驱动器，因为电流未能超过阈值中的任一者。如果第一寄存器输出低逻辑电平且第二寄存器输出高逻辑电平，那么微控制器将此解译为第二类型的电容负载(例如，具有较低电容的电容负载)连接到功率驱动器，因为电流超过第二阈值中的一者，但是不超过第一阈值中的一者。如果两个寄存器均输出高逻辑电平，那么微控制器将此解译为第一类型的电容负载(例如，具有较高电容的电容负载)连接到功率驱动器，因为电流超过第一阈值及第二阈值的一个集合。微控制器可基于测量结果执行任何数目的操作。
[0016]本文中揭示的另一实施例类似于前述实施例，除了其不限于检测两种类型的电容负载且经配置用于检测N种类型的电容负载之外。因此，此实施例包括用于产生电流相关电压的差分放大器、用于比较电流相关电压的峰值与上阈值及下阈值的N个集合的N个窗口比较器、N个寄存器及一微控制器。基于寄存器的组合输出处产生的字，微处理器确定电容负载是否连接到功率驱动器，且如果连接，那么确定N种类型中的电容负载的类型。
[0017]在本文中揭示的又另一实施例中，检测设备包括用于整流由差分放大器产生的电流相关电压或采用所述电压的绝对值的装置。峰值及保持放大器经提供以保持经整流电流相关电压的峰值直到微控制器发出复位信号为止。模/数转换器(ADC)经提供以产生指示由峰值及保持放大器保持的峰值的数字字。微处理器从ADC读取数字字，且基于数字字确定电容负载是否连接到功率驱动器，且如果连接，那么确定电容负载的类型。微处理器可采用表格来将数字字映射到电容负载的类型或指示没有电容负载的条目。
[0018]在结合附图考虑时根据本发明的以下详述将明白其它方面、优点及新颖的特征。
【附图说明】
[0019]图1说明根据本发明的一方面的用于检测可连接到功率驱动器的电容负载的存在及类型的示范性系统的方框图。
[0020]图2A到2B说明根据本发明的另一方面的与图1的系统的示范性操作相关的时序图。
[0021]图3说明根据本发明的另一方面的用于检测可连接到功率驱动器的电容负载的存在及类型的另一示范性系统的方框图。
[0022]图4A到4B说明根据本发明的另一方面的与图3的系统的示范性操作相关的时序图。
[0023]图5A说明根据本发明的另一方面的用于检测可连接到功率驱动器的电容负载的存在及类型的又另一示范性系统的方框图。
[0024]图5B说明根据本发明的另一方面的与图5A的系统的示范性操作相关的时序图。
[0025]图6说明根据本发明的另一方面的用于检测可连接到功率驱动器的电容负载的存在及类型的又另一示范性系统的方框图。
【具体实施方式】
[0026]图1说明根据本发明的一方面的用于检测可连接到功率驱动器150的电容负载152的存在及类型的示范性系统100的方框图。电容负载152可包括任何类型的电容负载，其包含不同类型的压电致动器及不同类型的Picomotor?。总之，系统100包括检测电路110，其经配置以感测响应于由功率驱动器150产生的驱动电压Vd通过电阻器1在功率驱动器150与电容负载152之间流动的电流I，且基于测量电流I确定电容负载152的类型或电容负载152是否连接到功率驱动器150。
[0027]在此实例中，存在两种可能