一種壓電陶瓷驅動信號源電路制造技術

本案為一種壓電陶瓷驅動信號源電路，具有頻率自動跟蹤和快速起振止振的功能，其特征在于，包括兩個部分，分別為起振部分和止振部分，兩者通過切換開關相連；其中，起振部分包括分壓電路、濾波器、移相器、比較器、自動增益控制電路和乘法器；還包括移相器，所述濾波器的輸出同時接移相器的輸入端，與所述分壓電路、濾波器一起構成了止振部分；其中，所述乘法器和移相器的輸出端分別與切換開關的輸入端相連，當切換開關切換至與乘法器的輸出端連通時，源電路起振；當切換開關切換至與移相器的輸出端連通時，源電路止振。本發明專利技術電路可用于壓電泵、壓電電機、振動控制等場合。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及壓電陶瓷驅動
，特別是一種具有諧振頻率自動跟蹤及快速起振止振功能的驅動信號源。
技術介紹
壓電陶瓷具有體積小、響應快、無噪聲、精度和分辨率高等特性，而被廣泛應用于工業、醫療和航天領域，如近些年出現的壓電泵、壓電電機、壓電變壓器等。在壓電陶瓷的大多數驅動應用領域中，一般要求壓電陶瓷或者與其復合的振動體工作在諧振狀態，但是由于負載改變或系統發熱等原因，振動體的諧振頻率發生漂移，導致系統無法工作或者工作效率的降低。因此，必須保證壓電陶瓷的驅動頻率能夠快速跟蹤到振動體的諧振頻率。現有的頻率自動跟蹤電路多是基于鎖相環的方法，電路結構較為復雜。中國專利技術專利(201310161943.8)提出一種壓電陶瓷隔膜泵，其驅動周期包含振動期和停止期。振動期間，振動體的諧振頻率會發生變化，要求驅動電路能夠快速跟蹤其諧振頻率；停止期間，要求壓電陶瓷發揮振動抑制的功能，快速止振，從而提高泵的效率，適用于該泵應用需求的信號源亟待開發。
技術實現思路
為克服現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種具有快速起振、頻率跟蹤和快速止振功能的壓電陶瓷驅動電路，能夠適應壓電隔膜泵(中國專利201310161943.8)的應用需求，提高其運行效率。為實現上述目的，本專利技術通過以下技術方案實現：一種壓電陶瓷驅動信號源電路，具有頻率自動跟蹤和快速起振止振功能，包括兩個部分，分別為起振部分和止振部分，兩者通過切換開關相連；其中，起振部分包括分壓電路A1、濾波器C、移相器D2、比較器F、自動增益控制電路G和乘法器H，具體連接方式如下：傳感壓電陶瓷的輸出信號Vin接分壓電路A1的輸入端，分壓電路A1的輸出接濾波器C的輸入端，濾波器C的輸出接移相器D2的輸入端，移向器D2的輸出接比較器F的輸入端，濾波電路C的輸出同時接自動增益控制電路G的輸入端，自動增益控制電路G和比較器F的輸出接乘法器H的輸入端；還包括移相器D1，所述濾波器C的輸出同時接移相器D1的輸入端，與所述分壓電路A1、濾波器C一起構成了止振部分；其中，所述乘法器H和移相器D1的輸出端分別與切換開關I的輸入端相連，當切換開關切換至與乘法器的輸出端連通時，源電路起振；當切換開關切換至與移相器D1的輸出端連通時，源電路止振。優選的是，所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其中，還包括放大器E，其為反相放大器或者同相放大器；且所述移相器D1的輸出端接放大器E的輸入端，放大器E的輸出端接切換開關I的輸入端。優選的是，所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其中，還包括分壓電路A2，所述比較器F的輸出接分壓電路A2的輸入端，分壓電路A2的輸出端接乘法器H的輸入端。優選的是，所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其中，所述濾波器C為一階有源比例積分低通濾波器、二階有源比例積分低通濾波器、三階有源比例積分低通濾波器、一階無源比例積分低通濾波器、二階無源比例積分低通濾波器、三階無源比例積分低通濾波器中的一種或大于等于兩種，采用多級濾波器級聯方式，用于濾波。優選的是，所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其中，移相器為超前移相或者滯后移相；采用多級移相器級聯方式，用于大角度范圍內移相。優選的是，所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其中，自動增益控制電路G由半波整流電路G_1和積分器G_2組成，具體的是由電位器P5、P6，電阻R12，電容C5、C6，二極管N1、N2，運算放大器U8和U9組成；其中連接方式如下：輸入信號接運算放大器U8的同相輸入端，運算放大器U8的反相輸入端通過電阻R12接到地，運算放大器U8的輸出端接二極管N1的正端，二極管N1的負端接運算放大器U8的反相輸入端，同時連接到運算放大器U9的同相輸入端；運算放大器U9的反相輸入端接電位器P6的一個固定端，電位器P6的另一固定端與調節端相連，且連接電容C5和電位器P5的調節端，電容C5的另一端接公共地，電位器P5的兩個固定端分別接參考電壓Vref2和公共地；電容C6跨接于運算放大器U9的反相輸入端和輸出端之間，運算放大器U9的輸出端接二極管N2的正端，二極管N2的負端接公共地。優選的是，所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其中，還包括反相放大器G_3，且積分器G_2輸出端接反相放大器G_3。優選的是，所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其中，在各運算放大器、切換開關和乘法器之間增加電壓跟蹤器，用于阻抗變換。優選的是，所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其中，對于特定的驅動對象，在調試完畢后，所有電位器均采用固定阻值的電阻代替。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：1)本專利技術設計的壓電陶瓷驅動信號源電路能夠實現振動體的頻率跟蹤和快速起振的功能，相比于鎖相環電路結構簡單；2)加入的自動增益控制電路可以將壓電振子的驅動電流維持在恒定值，負載變化時能夠實現功率自適應，能夠在起振階段有效保護驅動壓電陶瓷，將其振動幅值限制在一定的范圍，避免振幅過大而導致陶瓷損壞；3)能夠實現快速止振的功能；4)電路的快速起振和頻率跟蹤部分能夠單獨使用，適用于工作在諧振狀態的壓電驅動器，解決其由于外界或自身原因而導致的頻率漂移，以至工作失效或效率降低的問題。本專利技術電路可用于壓電泵、壓電電機、振動控制等場合。。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，構成本申請的一部分，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定。在附圖中：圖1為本專利技術一實施例所述的壓電陶瓷驅動信號源電路中的基本組成框圖；圖2為本專利技術一實施例所述的壓電陶瓷驅動信號源電路中的擴展形式的組成框圖；圖3為本專利技術一實施例所述的壓電陶瓷驅動信號源電路中的電路原理圖；圖4為本專利技術一實施例所述的壓電陶瓷驅動信號源電路中的自動增益控制電路的組成結構圖；圖5為本專利技術一實施例所述的壓電陶瓷驅動信號源電路中的采用雙移相器級聯方式的電路的原理圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。一種壓電陶瓷驅動信號源電路，請參閱附圖1，具有頻率自動跟蹤和快速起振止振的功能，包括兩個部分，分別為起振部分和止振部分，兩者通過切換開關相連，可同時使用，亦可單獨使用，發揮各自的功能。其中，起振部分包括分壓電路A1、濾波器C、移相器D2、比較器F、自動增益控制電路G和乘法器H，具體連接方式如下：傳感壓電陶瓷的輸出信號V本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種壓電陶瓷驅動信號源電路，具有頻率自動跟蹤和快速起振止振功能，其特征在于，包括兩個部分，分別為起振部分和止振部分，兩者通過切換開關相連；其中，起振部分包括分壓電路A1、濾波器C、移相器D2、比較器F、自動增益控制電路G和乘法器H，具體連接方式如下：傳感壓電陶瓷的輸出信號Vin接分壓電路A1的輸入端，分壓電路A1的輸出接濾波器C的輸入端，濾波器C的輸出接移相器D2的輸入端，移向器D2的輸出接比較器F的輸入端，濾波電路C的輸出同時接自動增益控制電路G的輸入端，自動增益控制電路G和比較器F的輸出接乘法器H的輸入端；還包括移相器D1，所述濾波器C的輸出同時接移相器D1的輸入端，與所述分壓電路A1、濾波器C一起構成了止振部分；其中，所述乘法器H和移相器D1的輸出端分別與切換開關I的輸入端相連，當切換開關切換至與乘法器的輸出端連通時，源電路起振；當切換開關切換至與移相器D1的輸出端連通時，源電路止振。

【技術特征摘要】
1.一種壓電陶瓷驅動信號源電路，具有頻率自動跟蹤和快速起振止振功
能，其特征在于，包括兩個部分，分別為起振部分和止振部分，兩者通過切
換開關相連；
其中，起振部分包括分壓電路A1、濾波器C、移相器D2、比較器F、自
動增益控制電路G和乘法器H，具體連接方式如下：傳感壓電陶瓷的輸出信
號Vin接分壓電路A1的輸入端，分壓電路A1的輸出接濾波器C的輸入端，
濾波器C的輸出接移相器D2的輸入端，移向器D2的輸出接比較器F的輸入
端，濾波電路C的輸出同時接自動增益控制電路G的輸入端，自動增益控制
電路G和比較器F的輸出接乘法器H的輸入端；
還包括移相器D1，所述濾波器C的輸出同時接移相器D1的輸入端，與
所述分壓電路A1、濾波器C一起構成了止振部分；
其中，所述乘法器H和移相器D1的輸出端分別與切換開關I的輸入端相
連，當切換開關切換至與乘法器的輸出端連通時，源電路起振；當切換開關
切換至與移相器D1的輸出端連通時，源電路止振。
2.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其特征在于，還包
括放大器E，其為反相放大器或者同相放大器；
且所述移相器D1的輸出端接放大器E的輸入端，放大器E的輸出端接切
換開關I的輸入端。
3.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其特征在于，還包
括分壓電路A2，所述比較器F的輸出接分壓電路A2的輸入端，分壓電路A2
的輸出端接乘法器H的輸入端。
4.根據權利要求1所述的壓電陶瓷驅動信號源電路，其特征在于，所述
濾波器C為一階有源比例積分低通濾波器、二階有源比例積分低通濾波器、
三階有源比例積分低通濾波器、一階無源比例積分低通濾波器、二階無源比
例積分低通濾波器、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬玉婷，嚴心濤，吳云良，裴智果，王策，武曉東，
申請(專利權)人：中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所，
類型：發明
國別省市：江蘇;32