压电陶瓷微位移器驱动电源设计及研究

【摘要】随着科学技术的不断进步以及工业工程的发展，微定位技术已成为科研人员从宏观领域向微观领域扩展研究的一项关键技术。压电陶瓷材料凭借位移分辨力高、不产热、不易受电磁干扰等优点，已成为微定位系统中理想的驱动元件。本论文针对数字散斑干涉测量中相移技术需要的压电陶瓷微位移器驱动电源进行了设计和研究工作：首先，在对压电陶瓷微位移器驱动电源控制方式及其优缺点和研究现状进行分析和研究的基础之上，提出采用电压控制型直流放大式结构作为驱动电源的设计结构；同时，论文提出了能够实现直流电压输出和交流正弦波、三角波幅值及频率均可调的控制策略的设计目标，完成驱动电源的整体结构设计方案，包括硬件电路和软件设计。其次，对驱动电源硬件和软件设计进行分析。硬件电路主要由微处理器及其外围工作模块、波形产生模块、D/A转换模块、稳压电源模块、线性放大模块、人机交互模块组成。硬件电路中主控芯片收到上位机指令后控制D/A转换模块得到0.3V~4.7V的模拟电压输出，线性放大后，得到-110V~110V的压电陶瓷直流驱动电压；控制波形产生模块实现幅值及频率可调的正弦波、三角波电压输出，同时微处理器读取电压采集模块的实际电压并与理想输出电压比较，以提高输出电压精度和稳定性；另外，微处理器也可通过人机交互模块实现上述操作。完成驱动电源相应模块软件设计，包括上位机界面、微处理器初始化、虚拟USB通信响应程序、D/A控制程序、波形产生控制程序、电压信号采集程序、人机交互程序等。最后，制作完成驱动电源并为其搭建性能测试实验平台，对电源的静态特性包括线性度、稳定性及重复性进行相关测试，并对电源纹波、频率响应特性等参数进行相关实验。测试结果表明，驱动电源运行稳定，基本达到预期目标。
【作者】王硕；
【导师】王永红；
【作者基本信息】合肥工业大学，仪器仪表工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】压电陶瓷；驱动电源；LPC2194；

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