一種自適應(yīng)壓電驅(qū)動裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種自適應(yīng)、高精度、高靈活性的壓電驅(qū)動裝置。裝置的控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、幅度放大單元、功率放大單元、檢測單元構(gòu)成反饋回路，可以根據(jù)波形幅度與頻率信息，對驅(qū)動波形進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自適應(yīng)功能；裝置的電源網(wǎng)絡(luò)采用降噪處理，集成芯片電源引腳采用RC濾波器網(wǎng)絡(luò)，有效降低了電源噪聲，提高了驅(qū)動精度；裝置采用模塊化設(shè)計，針對不同的壓電驅(qū)動需求，保持核心架構(gòu)不變，使用不同技術(shù)指標的幅度放大單元和功率放大單元即可實現(xiàn)，提高了裝置的靈活性。
【專利說明】
一種自適應(yīng)壓電驅(qū)動裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于光纖通訊、傳感領(lǐng)域，特別涉及到法布里-珀羅可調(diào)諧光纖濾波器壓電陶瓷的驅(qū)動技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]法布里-珀羅可調(diào)諧光纖濾波器是對光信號進行波長選擇的器件，在光纖通訊，傳感領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛?；诳烧{(diào)諧光纖濾波器的光纖通訊波分復(fù)用技術(shù)可以進一步提高波分復(fù)用的頻道數(shù)目；而由可調(diào)諧光纖濾波器制成的光柵解調(diào)系統(tǒng)是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的波長解調(diào)方案，精度可以達到皮米級。法布里-珀羅可調(diào)諧光纖濾波器是一種根據(jù)法布里-珀羅干涉原理制造的結(jié)構(gòu)簡單的濾波器。輸入光纖和輸出光纖的端面拋光，形成透鏡，并且固定在壓電陶瓷可調(diào)支架上，中間存在縫隙。對光信號波長的選擇是通過調(diào)節(jié)壓電陶瓷結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的:通過控制電壓使壓電陶瓷產(chǎn)生形變，對可調(diào)支架進行微調(diào)，中間縫隙發(fā)生變化，從而改變光信號波長的選擇。所以，壓電陶瓷的驅(qū)動技術(shù)直接影響著法布里-珀羅可調(diào)諧光纖濾波器的調(diào)節(jié)精度，關(guān)系到光纖通訊中波分復(fù)用的濾波頻寬和光纖傳感中光柵解調(diào)系統(tǒng)的分辨率，是光纖通訊，傳感領(lǐng)域的一種關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]當前的壓電驅(qū)動技術(shù)主要分為電壓控制型和電流控制型。電壓控制具有良好的低頻穩(wěn)定性，能夠獲得較高分辨率。但是由于壓電陶瓷的形變和電壓之間存在非線性遲滯效應(yīng)、蠕變現(xiàn)象等，系統(tǒng)的頻率響應(yīng)較低，所以，需要采用控制算法進行優(yōu)化。電流控制型通過在壓電陶瓷兩端施加雙向電流來實現(xiàn)控制，這種方法穩(wěn)定性較差，但是響應(yīng)迅速，適合需要高頻控制的場合。
[0004]國內(nèi)外相當多的研究報道及專利申請(授權(quán))涉及壓電陶瓷的驅(qū)動技術(shù)，例如:
[0005]壓電驅(qū)動器及其制造方法(CN 103199733 B)
[0006]用于控制壓電驅(qū)動器的電路(CN 01102885)
[0007]壓電驅(qū)動器及壓電馬達(CN 103259449 A)
[0008]多層壓電驅(qū)動器的制造方法和多層壓電驅(qū)動器(CN101552318 A)
[0009]一種壓電陶瓷驅(qū)動器的自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制方法(CN 103853046 A)
[0010]盡管有相當多的類似工作，但是，能夠同時滿足“自適應(yīng)、高精度、高靈活性”的壓電驅(qū)動裝置極為罕見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本實用新型要解決的問題是，提供一種能夠同時滿足“自適應(yīng)、高精度、高靈活性”的壓電驅(qū)動裝置。
[0012]本實用新型的具體內(nèi)容包括:
[0013]—種自適應(yīng)壓電驅(qū)動裝置由以下部分組成:控制器;數(shù)模轉(zhuǎn)換單元；幅度放大單元;功率放大單元;偏置單元;檢測單元。其連接控制關(guān)系為:控制單元根據(jù)控制曲線發(fā)送數(shù)字命令給數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元將數(shù)字量變換為模擬量輸出給幅度放大單元，幅度放大單元主要由運放構(gòu)成，將前級電壓模擬量進行放大并輸出給功率放大單元，功率放大單元主要由功率MOS管構(gòu)成，將前級電壓模擬量進行功率放大，驅(qū)動負載壓電陶瓷，偏置單元根據(jù)控制器的指令對幅度放大單元中的電壓模擬量進行偏置設(shè)置，檢測單元檢測功率放大后的模擬量并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出給控制器。
[0014]—種自適應(yīng)壓電驅(qū)動裝置的偏置單元由以下部分構(gòu)成:參考電壓單元;加法器;減法器;比例放大單元和隔離器。其連接控制關(guān)系為:控制器控制參考電壓單元和加法器與減法器，參考電壓經(jīng)過加法器和減法器輸出電壓信號給比例放大單元；比例放大單元放大電壓信號后輸出給隔離器，隔離器輸出電壓信號給裝置的幅度放大單元，起到隔離偏置單元與幅度放大單元的作用。
[0015]—種自適應(yīng)壓電驅(qū)動裝置的檢測單元由以下部分構(gòu)成:隔離器;放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。其連接控制關(guān)系為:功率放大單元的模擬電壓值驅(qū)動壓電陶瓷的同時，輸出給檢測單元的隔離器，隔離器輸出給放大器，放大器對輸入信號進行調(diào)理后輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將輸入模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出給控制器。
[0016]本實用新型的控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、幅度放大單元、功率放大單元、檢測單元構(gòu)成反饋回路，控制器可以根據(jù)檢測單元得到的波形幅度與頻率數(shù)據(jù)，對數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的驅(qū)動數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了驅(qū)動裝置的自適應(yīng)功能。
[0017]本實用新型的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元采用TI16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC712，最高通信速度1MHz，控制器與數(shù)模轉(zhuǎn)換單元之間采用并行通信，可以有效提高數(shù)模轉(zhuǎn)換速度，簡化控制器軟件編程。
[0018]本實用新型的電源按照AC/DC、DC/DC、線性穩(wěn)壓器(LDO)的結(jié)構(gòu)組成，AC/DC實現(xiàn)交流220V到直流24V的變換，DC/DC實現(xiàn)24V到±15V的變換，輸出開關(guān)電源，并且采用隔離型，隔離AC/DC產(chǎn)生的噪聲干擾。LDO實現(xiàn)± 15V到± 12V、5V、3.3V的變換，可以濾除± 15V開關(guān)電源的輸出紋波，提高驅(qū)動信號精度。
[0019]本實用新型在每個集成電路芯片的電源引腳都串接有小阻值電阻，取值10歐姆?50歐姆不等，用來配合印刷電路板的寄生電容形成RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，進一步濾除電源高頻噪聲，提高驅(qū)動信號精度。
[0020]本實用新型采用模塊化設(shè)計，可以針對壓電驅(qū)動的具體需求，選擇不同型號的運放和晶體管組成幅度放大單元和功率放大單元，即可實現(xiàn)不同幅度與斜率的驅(qū)動信號，提高了驅(qū)動裝置的靈活性。
[0021]發(fā)明的有益效果
[0022]本實用新型高速所提出的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)同時滿足“自適應(yīng)、高精度、高靈活性”的壓電驅(qū)動裝置。
[0023]本實用新型包含反饋回路，控制器可以根據(jù)檢測單元得到的波形幅度與頻率數(shù)據(jù)，對數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的驅(qū)動數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了驅(qū)動裝置的自適應(yīng)功能。
[0024]本實用新型的電源網(wǎng)絡(luò)采用降噪處理，運放與晶體管采用低噪聲器件，能夠有效提尚驅(qū)動?目號精度。
[0025]本實用新型采用模塊化設(shè)計，針對不同的壓電驅(qū)動需求，保持核心架構(gòu)不變，使用不同輸出范圍的運放與功率管，即可改變幅度放大單元和功率放大單元的技術(shù)指標，提高了裝置的靈活性。
[0026]本實用新型采用控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、幅度放大單元和功率放大單元的分立結(jié)構(gòu)，可以靈活產(chǎn)生各種驅(qū)動波形，解決了使用壓電驅(qū)動集成芯片存在的波形固化問題，提高了裝置的靈活性。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型的系統(tǒng)框圖
[0028]圖2是本實用新型的偏置單兀框圖
[0029]圖3是檢測單元框圖
[0030]圖4是電源網(wǎng)絡(luò)框圖
[0031]以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細闡述，但本實用新型不限于這些實施例。
【具體實施方式】
[0032]參閱圖1，圖2和圖3，圖4，本實施例的自適應(yīng)、高精度、高靈活性的FBG解調(diào)儀可調(diào)諧光纖濾波器驅(qū)動裝置包括:
[0033]驅(qū)動裝置由以下部分組成:控制器(11);數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(12);幅度放大單元(13);功率放大單元(14);偏置單元(15);檢測單元(16)。其連接控制關(guān)系為:控制器(11)根據(jù)控制曲線發(fā)送數(shù)字命令給數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(12)，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(12)將數(shù)字量變換為模擬量輸出給幅度放大單元(13)，幅度放大單元(13)主要由運放構(gòu)成，將前級電壓模擬量進行放大并輸出給功率放大單元(14)，功率放大單元(14)主要由功率MOS管構(gòu)成，將前級電壓模擬量進行功率放大，驅(qū)動負載壓電陶瓷，偏置單元(15)根據(jù)控制器的指令對幅度放大單元中的電壓模擬量進行偏置設(shè)置，檢測單元(16)檢測功率放大后的模擬量并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出給控制器(11)。
[0034]參閱圖2，偏置單元(15)由以下部分構(gòu)成:參考電壓單元(21);加法器(22);減法器
(23);比例放大單元(24)和隔離器(25)。其連接控制關(guān)系為:控制器(11)控制參考電壓單元
(21)、加法器(22)、減法器(23)，參考電壓經(jīng)過加法器(22)和減法器(23)輸出電壓信號給比例放大單元(24);比例放大單元(24)放大電壓信號后輸出給隔離器(25)，隔離器(25)輸出電壓信號給裝置的幅度放大單元(13)，起到隔離偏置單元(15)與幅度放大單元(13)的作用。
[0035]參閱圖3，檢測單元(16)由以下部分構(gòu)成:隔離器(31);放大器(32)和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(33)。其連接控制關(guān)系為:功率放大單元(14)的模擬電壓值驅(qū)動壓電陶瓷的同時，輸出給檢測單元(16)的隔離器(31)，隔離器(31)輸出給放大器(32)，放大器(32)對輸入信號進行調(diào)理后輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(33)，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(33)將輸入模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出給控制器(11)。
[0036]該實施例中，控制器(II)采用TI的MCU MSP430F149，與數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(12) DAC712進行并行連接，采用描點的方式輸出三角波電壓模擬量，幅度峰峰值10V，頻率2Hz。經(jīng)過幅度放大單元(13)和功率放大單元(14)后，驅(qū)動信號變?yōu)榉确宸逯?8V、頻率2Hz的大功率電壓信號。
[0037]用本實施例的FBG解調(diào)儀可調(diào)諧光纖濾波器驅(qū)動裝置，可以獲得如下優(yōu)點:
[0038]第一，可以實現(xiàn)驅(qū)動信號的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。由于裝置采用了反饋回路，控制器(11)可以根據(jù)檢測單元(16)得到的驅(qū)動信號幅度與頻率信息，對數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(12)進行微調(diào)，提高了信號精度。
[0039]第二，由于裝置個主要芯片耗電電流很小，可以在電源引腳串接電阻，配合印刷電路板的寄生電容形成RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，濾除了電源高頻噪聲，再加上裝置采用的電源網(wǎng)絡(luò)去噪技術(shù)，進一步提高了驅(qū)動信號的精度。
【主權(quán)項】
1.一種自適應(yīng)壓電驅(qū)動裝置，其特征包括: 裝置由以下部分組成:控制器(I I);數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(12)；幅度放大單元(13);功率放大單元(14);偏置單元(15);檢測單元(16);其連接控制關(guān)系為:控制器(11)根據(jù)控制曲線發(fā)送數(shù)字命令給數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(12)，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(12)將數(shù)字量變換為模擬量輸出給幅度放大單元(13)，幅度放大單元(13)主要由運放構(gòu)成，將前級電壓模擬量進行放大并輸出給功率放大單元(14)，功率放大單元(14)主要由功率MOS管構(gòu)成，將前級電壓模擬量進行功率放大，驅(qū)動負載壓電陶瓷，偏置單元(15)根據(jù)控制器的指令對幅度放大單元中的電壓模擬量進行偏置設(shè)置，檢測單元(16)檢測功率放大后的模擬量并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出給控制器(11);偏置單元(15)由以下部分構(gòu)成:參考電壓單元(21);加法器(22);減法器(23);比例放大單元(24)和隔離器(25);其連接控制關(guān)系為:控制器(11)控制參考電壓單元(21)、加法器(22)、減法器(23)，參考電壓經(jīng)過加法器(22)和減法器(23)輸出電壓信號給比例放大單元(24);比例放大單元(24)放大電壓信號后輸出給隔離器(25)，隔離器(25)輸出電壓信號給裝置的幅度放大單元(13)，起到隔離偏置單元(15)與幅度放大單元(13)的作用；檢測單元(16)由以下部分構(gòu)成:隔離器(31);放大器(32)和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(33);其連接控制關(guān)系為:功率放大單元(14)的模擬電壓值驅(qū)動壓電陶瓷的同時，輸出給檢測單元(16)的隔離器(31)，隔離器(31)輸出給放大器(32)，放大器(32)對輸入信號進行調(diào)理后輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(33)，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(33)將輸入模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出給控制器(11)。2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)壓電驅(qū)動裝置，其特征在于:裝置的控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、幅度放大單元、功率放大單元、檢測單元構(gòu)成反饋回路，控制器可以根據(jù)檢測單元得到的波形幅度與頻率數(shù)據(jù)，對數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的驅(qū)動數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了驅(qū)動裝置的自適應(yīng)功能。3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)壓電驅(qū)動裝置，其特征在于:裝置的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元采用TI 16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC712，最高通信速度1MHz，控制器與數(shù)模轉(zhuǎn)換單元之間采用并行通信。4.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)壓電驅(qū)動裝置，其特征在于:裝置的電源網(wǎng)絡(luò)按照AC/DC、DC/DC、線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)組成，AC/DC實現(xiàn)交流220V到直流24V的變換，DC/DC實現(xiàn)24V到±15V的變換，輸出開關(guān)電源，并且采用隔離型，隔離AC/DC產(chǎn)生的噪聲干擾;LDO實現(xiàn)土 15V到± 12V、5V、3.3V的變換，可以濾除± 15V開關(guān)電源的輸出紋波。5.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)壓電驅(qū)動裝置，其特征在于:裝置的每個集成電路芯片的電源引腳都串接有小阻值電阻，取值10歐姆?50歐姆不等，用來配合印刷電路板的寄生電容形成RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，進一步濾除電源高頻噪聲。
【文檔編號】G05B19/042GK205665539SQ201620439998
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】史向東, 王忠民, 黃永興, 邢廣勤, 李亞, 于淼, 馮忠云
【申請人】珠海艾文科技有限公司