应用于快速倾斜镜的压电陶瓷驱动电源

压电陶瓷致动器具有体积小、推力大、高频响和分辨率高等特点,广泛应用于精密制造、光学仪器、振动控制等领域。为提高压电陶瓷型快速倾斜镜的控制精度和稳定性,根据压电陶瓷致动器对其驱动电源的要求,设计了一种基于高压运算放大器PA96的驱动电源。介绍了该电源电路的基本原理,并对放大器的外围电路进行了稳定性设计。最后通过实验测试表明,该电源线性度大于99%、静态纹波小于10mV、动态性能稳定,能够达到自适应光学系统中快速倾斜镜的控制要求。     

压电陶瓷致动器驱动电源的研究

根据压电陶瓷致动器对其驱动电源的要求,利用高压运放设计研制了一种新型的驱动电源,通过对压电驱动器的实验研究表明,其具有精度高、性能稳定、分辨率高、纹波小和电路结构简单等优点,能够满足微定位系统中压电陶瓷驱动器的控制需要。     

压电微位移致动器的研制及其应用

文章是以光纤光栅传感系统中匹配FBG光纤解调为背景展开研究的,对压电陶瓷的材料特性、压电陶瓷驱动电源的软硬件设计和压电微位移致动在匹配FBG光纤解调中的应用等问题进行了探讨,开发了实用的压电微位移致动器。针对压电陶瓷的容性负载特性,提出了驱动电源的设计方案,完成了驱动电源软硬件设计,构建了直流稳压电路、PA78组成的混合放大电路。实验表明,所研制的压电微位移致动器具有良好性能,可应用于光纤光栅传感系统的匹配FBG光纤解调中。     

应用于智能机翼的压电致动器技术研究

该文针对新型智能机翼翼型变形控制的应用需求,研究了超临界翼型在产生微变形情况下的流谱结构及在10~500μm微变形条件下翼型的气动特性变化。研制出了用于智能机翼的压电陶瓷致动器:位移量为5~290μm,最大输出力为200N,满足智能机翼变形控制需求,验证了压电陶瓷致动器在智能机翼上应用的可行性。     

基于双端固定梁与曲面电极的异面微致动器静态特性

为提高在微变形镜应用中静电微致动器的冲程,设计并讨论了一种基于双端固定梁为上电极、曲面电极为下电极的异面微致动器。利用Rayleigh-Ritz方法,求解了致动器的静态特性。计算过程中,考虑了梁长度增大引起的抗拉应力和器件制造过程中残余应力的影响。通过研究不同的曲面电极轮廓形状对于致动器冲程的影响,得到了500 μm长的梁在300 V的驱动电压下其冲程最大能达到14.1 μm。     

基于1×2阵列压电悬臂梁的AFM并行扫描

分析了阵列悬臂探针并行扫描的工作方式,以非接触磁力模拟样品与悬臂梁间的范德华力,研究了1×2阵列压电悬臂梁的并行扫描和驱动控制方法。每一压电梁均集成了微位移致动器和力传感器,在320Hz一阶共振频率下振动。实验表明:在0.2～1.0mm力作用区内,压电梁自由端每接近模拟样品0.1mm,表征悬臂梁振幅的锁相放大器输出电压减小1.7mV,但微力传感在扫描的升回程存在迟滞;致动器的控制电压每增加10V使锁相放大器输出减小约3mV,表明集成的致动器可调节压电梁与样品间的间距。两压电梁的电荷-位移响应曲线、间距调节灵敏度均不完全一致,讨论了阵列悬臂梁一致性问题和阵列规模大小问题。     

一种微型机器鱼的压电驱动系统设计

压电陶瓷用作微型机器人的致动器具有静音、低功耗等优点,但在悬臂型应用中高位移所需的高驱动电压是其应用难点。该文针对一种双鳍式微型机器鱼的压电致动器,设计了可控制输出频率、幅值的高压正弦信号驱动系统。压电致动器的驱动模块采用PA443高压运放设计外围电路,运放电源基于集成开关芯片设计升压(BOOST)和降压升压(BUCKBOOST)开关电源电路,实现了升压比分别为27和14的+1 66 V和-166 V小型运放电源。信号源模块输出正弦脉冲宽度调制(SPWM)波并对其解调,经PA443放大成驱动电压。结果表明,该驱动系统在满足体积小和输出稳定的前提下,采用交替驱动方式连接负载,输出峰峰值可调且最大为326.5 V的正弦双极驱动电压,具有实用创新性和一定带载能力。     

超声乳化联合人工晶体植入术治疗外伤性白内障

针对传统压电致动器具有制造困难、易碎、效率低等缺点,该文结合压电智能材料发展的最新趋势,使用由美国航空航天局兰利研究中心(LaRC)研发的新型压电智能材料--条状压电复合纤维(MFC)作为致动器,以柔性悬臂梁为控制对象,研究了振动主动控制问题.结合LaRC-MFC致动器的研究现状,该文以实验测量所设定的驱动电压对应的压电智能梁的位移数据作为基础,通过数值插值算法分析了致动器与悬臂梁的耦合关系;并采用正位反馈控制(PPF)策略对这种新型的控制结构进行了试验研究.实验结果表明,条状压电复合纤维具有良好的致动效能;采用提出的振动主动控制结构,抑振效果明显.     

基于MEMS工艺的电热致动器研究进展

基于MEMS工艺的电热致动器具有与集成电路兼容的驱动电压、大的致动位移和致动力,比静电致动器、压电致动器和磁致动器有更大的优势,是现阶段致动方式的研究热点.高精度、高可靠度、可控和稳定性好的电热致动器是未来研究的新方向.针对MEMS微加工工艺制作的固体材料电热致动器,综述了电热致动器的结构形式、典型应用、模型建立以及测试方法的研究现状和主要研究成果.对电热致动器的结构设计、建模分析和测试技术方面的关键技术和存在的主要问题进行了分析和展望,以期为基于MEMS工艺的电热致动器的设计、分析和测试提供借鉴和参考.     

高精度大功率压电陶瓷驱动关键技术

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移系统中的关键部件。以高压功率放大器PA93为核心,提出了一种新型高精度、大功率压电陶瓷驱动电源,适合驱动大行程、大推力压电陶瓷致动器。重点阐述了电路的设计方案,对复合放大电路进行了特性分析。实验结果表明,该驱动电源具有精度高,输出电压高,电流大,稳定性好的特点。当驱动等效负载电容为24 μF的压电陶瓷时,在0~100 Hz频率范围内实现了0~10 V信号到0~100 V信号的动态放大,输出电压精度优于3×10-5,最大输出电流350 mA。     

基于电荷驱动的多通道压电变形镜电源设计

压电变形镜具有频率响应高,变形量大,稳定性好等优点,已广泛应用于自适应光学领域,但因在电压驱动方式下压电材料迟滞特性较大,使压电变形镜的精确控制难。为降低压电变形镜的迟滞影响,设计了一种基于电荷驱动的多通道压电变形镜驱动电源,介绍了驱动电源的构成及原理,并搭建了一套基于夏克哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台来验证驱动电源的性能。实验结果表明,该驱动电源可有效降低压电变形镜的迟滞效应,整体迟滞约1%,镜面变形的分辨率均方根误差(RMS)值约1.1 nm,能够满足在自适应光学领域对多通道压电变形镜精确控制的要求。     

横向压电驱动变形镜的迟滞特性及其闭环校正

横向压电驱动变形镜在自适应光学系统中应用广泛,其利用了压电陶瓷的横向逆压电效应驱动镜片实现变形。在高电场强度下变形镜迟滞曲线存在特殊的蝴蝶形,增加了控制难度,且变形镜无法正常工作。针对这一问题利用压电陶瓷极化及铁电材料的电滞回线理论进行了分析,明确了蝶形曲线产生的原因。通过实验确定了变形镜矫顽场强度在-500~-400 V/mm之间,迟滞曲线回归一般的柳叶形状。根据迟滞曲线的特点设计了静态的PID闭环校正系统,并进行了校正实验。结果表明,闭环校正后线性度得到明显提升,迟滞率可降低至1.8%。     

一种数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源

设计了一种用于驱动数字共焦显微仪压电陶瓷物镜驱动器,实现数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源,由单片机系统、前级高压稳压电路、数控电位器、功率放大电路、高压稳压电源和放电回路组成。采用前级高压稳压代替电压放大级作为输入,通过高分辨率的数控电位器调节,经功率放大和放电回路后驱动压电陶瓷驱动器。该驱动电源输出电压稳定,数控可调且随输入电压呈线性变化,可实现对电压精密控制,适用于驱动压电陶瓷等容性负载。     

基于Buck电路的压电陶瓷脉冲驱动电源研究

为提升传统压电陶瓷驱动电源的效率与动态性能,以双N型金属 氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）降压拓扑为基础,设计了一种新颖的压电陶瓷脉冲驱动电源方案,并进行了理论分析与实验验证。电源系统中主电路对输入高压进行降压调节,采样网络实时地检测压电陶瓷的驱动电压与电流,通过闭环控制对输出电压进行调节。同时,为使压电陶瓷驱动电源具有良好的自动调节能力,引入了模糊比例 积分 微分(PID)控制算法,提高了驱动电源的动态性能。     

基于PA41的压电叠堆驱动电源设计

通过分析压电叠堆的工作特性,设计了一种以高压运放PA41为核心器件的电压控制型压电叠堆驱动电源。阐述了两种驱动电路方法并选择合适的方案,分析了驱动电路原理并完成电路元器件选型。最后搭建实验平台对驱动电源进行实验测试,分析其输出特性曲线及输出误差的原因。实验结果表明,此电源调节方便,响应迅速,能有效应用于压电叠堆的驱动控制。     

一种基于新型欠压闭锁电路的能量收集方法

目前自供电无线压电传感器网络已被广泛应用在智能家居及环境监测等领域.组成网络的每个压电传感器节点需要完成不同功耗的任务,如数据采集、存储等低功耗任务和数据无线传输的高功耗任务.针对低功耗和高功耗任务,该文设计了基于新型欠压闭锁电路的双模组能量收集电路,电路具有蓄能周期短和容量大的特点,可分别用于低功耗任务的低功耗级蓄能...     

Precise phase control of resonant MOEMS mirrors by comb-drive current feedback

Accurate phase detection and control of nonlinear resonant micro-opto-electro-mechanical system (MOEMS) mirrors are crucial to achieve stable scanning motions and high resolution imaging as needed in precision applications. This paper proposes a precise phase detection method for an electrostatic actuated MOEMS mirror and a novel digital phase locked loop (PLL) that uses an asynchronous logic for high precision driving and immediate phase compensation, while the clock speed is kept low. The phase of the mirror is detected by an amplified current signal, generated by the movement of the comb drive electrodes, transimpedance amplifiers and a simple comparator circuit. An analysis of the proposed detection method reveals that the pointing uncertainty scales with the product of the driving voltage, the curvature of the comb drive capacitance and the angular velocity of the MOEMS mirror at the zero crossing. The developed fast start-up procedure brings the MOEMS mirror to its maximum amplitude within less than 100 ms with a minimum on required prior knowledge of the used device. The low optical pointing uncertainty of 0.3 mdeg obtained in closed loop operation, allows 19000 pixels with a precision of 10 sigma at a scanning frequency of 2 kHz.     

多单元压电陶瓷类变形镜高压驱动电源

针对变形镜压电陶瓷类驱动器单元数多的特点,设计一种高带宽适合扩展成多通道输出的压电陶瓷驱动电源,它利用光耦分相隔离从源极驱动功率NMOS管,简化了电路结构并保证了功率带宽。该驱动电源驱动100 nF容性负载时,可实现单端到地-300~＋300 V双极性高压输出,电压增益35.5 dB,信号不失真情况下,小信号响应频率达10 kHz,大信号响应频率2 kHz,瞬时充放电电流可达400 mA。实验表明该驱动电源的性能能够满足变形镜驱动的要求且电路结构简单。