压电陶瓷微位移器PZT驱动电源的研究(2)
时间:2018-05-10 22:18 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
移相干涉技术的基本原理是在移相干涉仪中两相干光间的光程差引入等间隔位移。在这一过程中，光检测器是通过改变光的强度进行采样的干涉，然后提出了一系列的存储量化后，到该计算机上，通过计算机的波前在工件的表面特征的数学模型和表面波凹凸分析的相位分布。移相干涉仪的移相器由压电陶瓷堆（PZT）构成，压电陶瓷采用锆钛酸铅。 在光学测量过程中，环境振动、气流等干扰测量，干涉条纹偏移理论位置，并且偏移是不定的，测量结果存在很大误差，无法正常测量。为了补偿振动所引起的误差，利用灵敏度很高的光电探测器来探测干涉场中的光强变化，振动所引起的条纹偏移量使光电探测器的输出电压发生变化，变化的电压经过放大、滤波和A/D转换之后，进入数字信号处理器进行运算，然后得到修正量，经过D/A转换和驱动电路放大后，控制压电陶瓷微移位驱动器来改变压电陶瓷的伸缩量，使干涉条纹回到理论位置上。 压电陶瓷广泛用于微位移驱动领域，因其具有一种特性--电致伸缩（在一定电压下可产生一亚微米级的微小位移量）。在移相干涉仪中，驱动设备应使调整位移量的精度达到微米级，所以我们采用压电陶瓷片堆叠的形式，以便得到更大的调节范围。压电陶瓷的主要原理是：驱动执行单元位移的产生需要利用压电陶瓷因逆压电效应而发生的形变[10] ，它是干涉仪移相器的核心。在外加电场的作用下，因为压电陶瓷具有逆压电效应或者电致伸缩效应，所以压电陶瓷会发生形变。对于外加电压而言，压电陶瓷片在电路中的作用相当于平行板电容器，因此，压电陶瓷驱动电源为容性负载，其电容量通常可达几微法[3][8]。 在压电陶瓷应用中，驱动电源的性能已经成为主导其微位移器特性的关键指标。无论在使用什么样的微位移器时，都不可避免的经过其驱动电源的控制。此外，在实际使用中，驱动电源也会对压电陶瓷本身产生影响，尤其体现在它的微位移量的变化上。因此，压电陶瓷微位移器的应用使得测量的精度大幅提升，进入了全新的纳米量级。[2][4-8][13]。 本文的主要任务是设计高性能的优质PZT驱动电源，并且研究其特性和技术指标。 1．2 国内外研究情况 1．3 本论文的主要工作 查阅压电陶瓷微位移器及驱动电源方面的相关文献资料。 从压电陶瓷材料的性质和特点出发，分析压电陶瓷片的特性，应用机理，以及压电陶瓷堆的结构、特性等多种参数。 设计PZT驱动电源的硬件电路，使系统样机满足： ⑴控制电压为0～5V，输出电压为0～200V； ⑵精度要求10mV。 对PZT驱动电源进行线性测试、纹波测试、频响测试和重复性测试，并且对结果进行分析。 2 压电陶瓷移相器的特性 2．1 压电陶瓷移相器的特点[24] 压电陶瓷微位移驱动器（PZT）是高精度微位移器件，由压电陶瓷堆叠而成，可以实现微米级的位移量。 它利用压电陶瓷材料的逆压电效应，从而增加了电场，产生了位移，能够产生微机电位移传感器。因为它的高灵敏度微位移，高精度，容易自动控制，响应快等优点，并且光学，计量学，微电子技术，广泛用于诸如高精度定位领域。在光的干涉方面，我们主要使用了逆压电效应，因为相移控制器，所述光学元件被连接到该系统可以生成相应的空间位移。 2．2 压电陶瓷材料的分类与选择[25、26] 压电陶瓷材料可分为硬压电陶瓷材料和软压电陶瓷材料。硬压电陶瓷材料的居里温度高，不容易去极化和极化，稳定性与压电常数相关，同时拥有很好的线性以及低滞后。相反，软压电陶瓷的居里温度却是很低的，强电场的极化和去极化，可以进行在室温下，大的压电常数，可产生较大的位移，但线性差，迟滞性，介电常数和损耗因子，由于其高限频率。 (责任编辑：qin) |