控制压电驱动器的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种压电驱动器控制装置，该装置能够将电压控制和电荷控制两种压电驱动器控制相结合。根据施加于组件的输入端的电压的性质，电荷控制和电压控制之间的切换是自动进行的，而不需要添加开关元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制压电驱动器的装置
本专利技术涉及控制压电驱动器的领域，具体地，本专利技术涉及一种使得此类驱动器的迟滞减少的控制电路。
技术介绍
压电驱动器有两种主要类型：一种是直接驱动器，其中，所获取的位移等于压电材料的形变，所述位移为微米级；另一种是放大驱动器，其中，机械电路放大了运动，从而提高了位移程度，所述位移为毫米级。在这些装置中，利用电场来获得压电材料的形变并控制位移。驱动器可以是电压控制的，也可以是电荷控制的。专利U.S.4,263,527(Comstock)描述了一种电荷控制压电驱动器的装置。专利U.S.7,015,621B2(Mizuuchi)描述了一种电压控制压电驱动器的装置。虽然电压控制是最常见的解决方案，并且最容易实现，但它有一个主要缺点，即依赖于所施加的电压的驱动器的位移不是线性的。具体地，这是由于压电材料的物理参数的变化(即，蠕变和迟滞)而导致的。蠕变是材料随着时间的推移而发生的形变的缓慢偏差，表现为驱动器在恒定电压下的缓慢延长，并导致从最初的位移设定点开始每十倍时间百分之几的位移。迟滞是即使状态改变的外部激励的行为已经停止，系统也倾向于保持某种状态的属性。压电驱动器在施加的电压和所引起的位移之间表现出迟滞。根据材料的性质，这种非线性可以在10％到20％之间变化，并且压电驱动器的位移根据向其施加的是升压还是降压而不同。存在用于改善压电驱动器的行为，特别是用于减少迟滞的解决方案。专利申请FR2850219(J.Agnus等)描述了一种压电驱动器的电压控制和电荷控制相结合的装置，其可以获得开环线性静态行为，从而减少了迟滞。然而，该电路需要增加切换装置，以从一种控制模式切换到另一种控制模式。那么就需要一种克服已知方法的缺点的解决方案。本专利技术解决了这一需要。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提出一种能够结合两种类型的压电驱动器控制(即，电压控制和电荷控制)的系统，其中，根据施加于组件的输入端的电压的性质，电荷控制和电压控制之间的切换自动发生。有利地，本专利技术的装置易于实现且价格低廉，不需要用于驱动压电驱动器的其他外部电路。有利地，由于电容桥或电阻桥的匹配，所述装置在高频和低频时的增益是相同的。在低频甚至连续时，放大器的增益是由电阻器设定的，而在高频时，增益是由压电驱动器和称为参考电容器Cref的电容器所形成的电容器的电容设定的。因此，从制造商提供的压电驱动器的固有电容Cpzt和所期望的增益出发，估计(dimensionner)电阻桥(Rpzt，RCref)和电容桥(Cpzt，Cref)的分立元件是一件简单的事，因为增益Av由关系Cref/Cpzt＝Rpzt/RCref给出。本专利技术的另一个优点是，该混合放大器能够与任何类型的压电驱动器一起工作，对于这些压电驱动器，无需了解等效滞后模型。因此，混合放大器使得可以在开环中控制任何压电驱动器，因为电压-位移特性实际上表现为线性。有利地，混合放大器的输出电压取自压电驱动器的端子，而不是取自集合(Cpzt、Rpzt、Cref、RCref)的端子(在这种情况下，迟滞不减少)。在一个优选实施方案中，本专利技术的控制压电驱动器的装置包括：-运算放大器，其具有反相输入端和非反相输入端，以及使得输出电压能够输出的输出端；-电容电路，其包括串联的压电驱动器和电容器，所述电容电路由压电驱动器的自由端连接到运算放大器的输出端，并由电容器的自由端连接到低电压端子；-电阻电路，其包括串联的第一电阻器和第二电阻器，所述电阻电路由第一电阻器的自由端连接到运算放大器的输出端，并由第二电阻器连接到低电压端子；所述装置的特征在于，所述运算放大器的反相输入端连接到压电驱动器和电容器的公共端，并连接到第一电阻器和第二电阻器的公共端，所述电容电路和所述电阻电路形成阻抗桥。有利地，所述电容电路的阻抗比等于所述电阻电路的阻抗比。在一个操作模式下，以给定频率施加于所述运算放大器的非反相输入端的控制信号使得能够对压电驱动器进行电荷控制。在另一个操作模式下，施加于所述运算放大器的非反相输入端的连续控制信号使得能够对压电驱动器进行电压控制。在一个实施方案中，在-60V和+160V之间对所述运算放大器进行供电。在一个变体实施方案中，本专利技术的装置包括连接到压电驱动器端子的单向transil二极管，以限制所述端子处的电压。所述压电驱动器的端子处的电压可以分别被限制为+150V和-20V。在另一个变体中，本专利技术的装置还包括连接到所述运算放大器的输出端的电阻器，以限制输入压电驱动器的电流。本专利技术还包含了一种由所述的控制装置控制的干涉仪。有利地，所述干涉仪可以是法布里－珀罗干涉仪。压电驱动器在用于各种目的的各种领域中使用，诸如主动控制振动以用于辅助工业部件的加工、控制显微镜下的微小位移以用于扫描待探测表面、控制汽车喷射器、在打印机中产生细小液滴、调整光声学中激光腔的长度，或在天文学中反射镜的微定位。附图说明参照下列附图，本专利技术的各个方面和优点将出现以支持对本专利技术的一个优选的但非限制性的实施方案的说明：图1示出了现有技术的电压控制装置；图2示出了现有技术的电荷控制装置；图3示出了根据本专利技术的一个实施方案的混合控制装置；图4示出了本专利技术的装置的示例性实施方案；图5示出了本专利技术的装置的一个变体实施方案；图6示出了本专利技术的装置的另一个变体实施方案。具体实施方式图1示出了现有技术中已知的电压控制装置。电压控制的原理是通过放大器(12)对压电驱动器(10)的端子施加电压Vs。该电路包括连接至运算放大器(12)的输出端的压电驱动器(10)。放大器(12)以非反向电路(montagenoninverseur)连接，并在第一输入端接收控制电压Vc。第一电阻器R1(14)连接在放大器(12)的输出端和该放大器的第二输入端之间。第二电阻器R2(16)连接在放大器的第二输入端和低电压V0之间。根据以下关系，放大器(12)的输出电压Vs正比于其控制电压Vc：放大器(12)的电压增益Av是恒定的，并由电阻R1和R2(14，16)根据以下等式定义：电路的频率响应由下列等式给出：其中，Is是流过驱动器(10)的放大器(12)的输出电流，Cpzt是驱动器的电容值。因此，频率“f”取决于电流Is和输出电压Vs。通常，输出电流被限制为设定最大频率值的值(用Ilim表示)。这种类型的控制的缺点为具有相当高水平的迟滞，不适合需要微定位(例如，在光学领域中反射镜的非常精确的位移)的控制系统。图2示出了现有技术中已知的电荷控制装置。电荷控制的原理在于在压电驱动器的电极上施加恒量电荷，以获得控制和引起的位移之间的线性行为。图2的电路包括压电驱动器(20)，其连接在运算放大器(22)的输出端“OUT”和反相输入端(-)之间，该组件以非反向电路配置。输入电压Vc施加于放大器的第二(非反相)输入端(+)。参考电容器(24)，其与压电驱动器(20)串联，同时连接至反相输入端。参考电容器(24)在其端子上具有电压Vcref。电容Cref的电容器接收与其端子上的电压成正比的电荷量Qref。在电荷控制电路中，压电驱动器的形变是取决于电荷的线性形变。本领域的技术人员可以参考J.Agnus的著作《一种压电微夹持器的研究、实现、特性和控制(Etude，Réalisation，Caract本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制压电驱动器的装置，其包括：‑运算放大器，其具有反相输入端和非反相输入端，以及使得输出电压能够输出的输出端；‑电容电路，其包括串联的压电驱动器和电容器，所述电容电路由压电驱动器的自由端连接到运算放大器的输出端，并由电容器的自由端连接到低电压端子；‑电阻电路，其包括串联的第一电阻器和第二电阻器，所述电阻电路由第一电阻器的自由端连接到运算放大器的输出端，并由第二电阻器连接到低电压端子；所述装置的特征在于，所述运算放大器的反相输入端连接到压电驱动器和电容器的公共端，并连接到第一电阻器和第二电阻器的公共端，所述电容电路和所述电阻电路形成阻抗桥。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.12 FR 15553811.一种控制压电驱动器的装置，其包括：-运算放大器，其具有反相输入端和非反相输入端，以及使得输出电压能够输出的输出端；-电容电路，其包括串联的压电驱动器和电容器，所述电容电路由压电驱动器的自由端连接到运算放大器的输出端，并由电容器的自由端连接到低电压端子；-电阻电路，其包括串联的第一电阻器和第二电阻器，所述电阻电路由第一电阻器的自由端连接到运算放大器的输出端，并由第二电阻器连接到低电压端子；所述装置的特征在于，所述运算放大器的反相输入端连接到压电驱动器和电容器的公共端，并连接到第一电阻器和第二电阻器的公共端，所述电容电路和所述电阻电路形成阻抗桥。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电容电路的阻抗比等于所述电阻电路的阻抗比。3.根据权利要求1所述的装置，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·瓦塔拉，JL·加奇，P·阿姆拉姆，
申请(专利权)人：埃克斯马赛大学，国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国,FR