压电陶瓷运动平台的驱动电路系统的制作方法

本实用新型涉及一种压电陶瓷运动平台的驱动电路系统。

背景技术：

压电位移器件是近几年来发展起来的新型器件，压电陶瓷作为其中的一种，具有很多突出的优点，它频率响应高，动作反应快，具有良好的静压力，受外力干扰小。除此之外它可以在电压控制下获得较高的位移分辨率。因此，利用压电陶瓷制成的微位移传感器在精密机械加工、自动控制等方面获得了广泛的应用。但是压电位移器的驱动方面还不够完善，时压电陶瓷位移器的反应速度缓慢，抗干扰能力不能发挥到最大限度。

鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种基于遗传算法优化PID参数的压电陶瓷闭环控制方法，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种驱动效果好的压电陶瓷运动平台的驱动电路系统。

本实用新型压电陶瓷运动平台的驱动电路系统，包括：压电陶瓷运动平台、用于输出压电陶瓷运动平台驱动信号的CPU控制器，所述CPU控制器通过DAC电路电连接高压运算放大电路，所述高压运算放大电路将输入的模拟信号进行功率放大，产生驱动压电陶瓷运动平台的驱动电压；还包括与所述CPU控制器电连接的传感器测量电路，所述传感测量电路包括测量压电陶瓷运动平台位移的平台传感器和测量压电陶瓷形变的压电陶瓷传感器，所述的平台传感器和压电陶瓷传感器分别通过ADC电路与CPU控制器相连；其中，所述压电陶瓷传感器包括贴在压电陶瓷上的四组电阻应变片，所述电阻应变片组成测量压电陶瓷形变的全桥电路，所述全桥电路的每个桥臂分别设有一组电阻应变片，所述平台传感器为一电容传感器。

进一步地，所述压电陶瓷运动平台包括框架，所述框架内设有容置压电陶瓷的容置部，所述压电陶瓷设置在所述压电陶瓷容置部内，所述压电陶瓷伸长方向上设有双平行板结构的柔性铰链，所述柔性铰链至少4个，分为两组，两两相对，对称布置，所述框架上设有给压电陶瓷一个预紧力的预紧调节安装处，在所述预紧调节安装处安装有预紧螺栓。

进一步地，所述平台传感器采用capaNCDT6300单通道高精度系列位移传感器，其中探头型号采用CS05，所述平台传感器的最大量程为0.5mm，分辨率5nm、50nm，输出电压0～10V。

进一步地，所述的平行板的参数为长6mm，宽8mm，厚0.7mm，其材料为超硬铝。

进一步地，CPU控制器通过串口与上位机通讯连接；CPU控制器电连接有液晶显示屏和键盘。

进一步地，所述的传感器测量电路、高压运算放大电路分别通过总线电连接ADC模块、DAC模块，所述的ADC模块、DAC模块与CPU控制器相连接。

借由上述方案，本实用新型压电陶瓷运动平台的驱动电路系统至少具有以下优点：硬件电路简单、成本低廉、通过贴在压电陶瓷上的电阻片来采集压电陶瓷的形变，进而确定压电陶瓷运动平台的位移，位移采集精度高，因此提高了压电陶瓷运动平台闭环驱动控制的精度。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是压电陶瓷平台驱动系统硬件电路；

图2是压电陶瓷运动平台结构示意图，图中，1—平台定位孔2—柔性铰链3—框架4—压电陶瓷容置处5—预紧调节安装处；

图3是压电陶瓷运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例压电陶瓷运动平台的驱动电路系统，包括：压电陶瓷运动平台、用于输出压电陶瓷运动平台驱动信号的CPU控制器，所述CPU控制器通过DAC电路电连接高压运算放大电路，所述高压运算放大电路将输入的模拟信号进行功率放大，产生驱动压电陶瓷运动平台的驱动电压；还包括与所述CPU控制器电连接的传感器测量电路，所述传感测量电路包括测量压电陶瓷运动平台位移的平台传感器和测量压电陶瓷形变的压电陶瓷传感器，所述的平台传感器和压电陶瓷传感器分别通过ADC电路与CPU控制器相连；其中，所述压电陶瓷传感器包括贴在压电陶瓷上的四组电阻应变片，所述电阻应变片组成测量压电陶瓷形变的全桥电路，所述全桥电路的每个桥臂分别设有一组电阻应变片，所述平台传感器为一电容传感器。所述CPU控制器获取压电陶瓷运动平台的位移作为反馈信号，对压电陶瓷运动平台进行PID闭环控制器。

本实用新型，CPU控制器获取传感测量电路反馈的位移信号对所述压电压电陶瓷运动平台实现闭环PID控制的PID闭环控制程序，是现有技术，本实用新型保护的是闭环控制的硬件电路结构。

本实施例中，在压电陶瓷内部贴上电阻片，组成电桥用于测量压电陶瓷的形变，经过电压运算得到压电陶瓷运动平台的位移值。全桥每个桥臂电阻值约为1000欧；PZT陶瓷应变率约为1/1000；每个桥臂在陶瓷运动时电阻值最大变化约为1欧，由于粘贴、应变传递等过程中的损耗，往往电阻变化值处于0.5到1欧之间，电阻片信号为控制的直接反馈信号直接影响着控制的精度，电容传感器为检测装置检验闭环控制算法是否有效。

进一步地，本实施例中，CPU控制器通过串口与上位机通讯连接；CPU控制器电连接有液晶显示屏和键盘。所述的传感器测量电路、高压运算放大电路分别通过总线电连接ADC模块、DAC模块，所述的ADC模块、DAC模块与CPU控制器相连接。

实施例2

如图2所示，本实施例压电陶瓷运动平台的驱动电路系统，在实施例1的基础上，所述压电陶瓷运动平台包括框架3，所述框架上设有平台定位孔1，所述框架内设有容置压电陶瓷的容置部4，所述压电陶瓷设置在所述压电陶瓷容置部内，所述压电陶瓷伸长方向上设有双平行板结构的柔性铰2，所述柔性铰链至少4个，分为两组，两两相对，对称布置，所述框架上设有给压电陶瓷一个预紧力的预紧调节安装处5，在所述预紧调节安装处安装有预紧螺栓。本实施例中，所述的平行板的参数为长6mm，宽8mm，厚0.7mm，其材料为超硬铝。

该压电陶瓷运动平台的运动机理是：将压电陶瓷放置于压电陶瓷容置处4，通过在压电陶瓷的预紧调节处安装预紧螺钉，给压电陶瓷一定预紧力，使得压电陶瓷具有更大输出位移。当信号源进行电压输入时，压电陶瓷由于自身的压电效应开始伸长，位移通过前端柔性铰链输出。

在压电陶瓷运动平台中，微位移执行机构采用是柔性铰链，是在基体材料上加工出来的较薄弱的部分，利用该部分材料的弯曲变形来传递运动和力，直梁型柔性铰链具有输出位移大，转角精度低等特点，所以将其应用于本实用新型的压电陶瓷运动平台设计中。由于本结构输出位移需要保证x轴的位移输出，排除在y轴方向上的交叉耦合位移对于微动台的定位精度的影响，所以采用双柔性平行四连杆机构，如图3所示。在运动示意简图3中，右端是压电陶瓷输出位移，左端是柔性铰链输出位移，在实际的闭环控制中，同样是通过对左端数据的采集与处理完成反馈调节。

上述各实施例中，平台传感器采用capaNCDT6300单通道高精度系列位移传感器，其中探头型号采用CS05，所述平台传感器的最大量程为0.5mm，分辨率5nm(2HZ)、50nm(8kHZ)，输出电压0～10V。capaNCDT(电容式非接触位移传感器)是基于理想平板电容原理设计研发的，被测物体与传感器各自作为一个平板电极。给传感器一个持续稳定的交流电，交流电压的振幅变化与电容到被测物体之间的距离成正比。交流电经过解调，可以输出为模拟量信号。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。