Пьезопривод Советский патент 1980 года по МПК G05B11/01 

1

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в преобразователях код-перемещение прецизионных оптических устройств и в прецизионных металлорежущих станках.

Известны приводы, основу которых составляет набор пьезоэлементов, собранных в монолитный блок для получения амплитуды перемещения необходимой величины flj

Недостатком таких пьезоприборов является значительная нелинейность, для компенсации которой приходится применять специальные меры, например использовать нелинейные преобразователи код-напряжение 1,2, РЗ

Наиболее близок к предлагаемому пьезоприводу по технической сущности пьёзопривод, содержащий пьезоэлектрический исполнительный механизм, генератор прямоугольных колебаний, выход которого подключен к первому входу логического элемента, второй вход которого соединен с выходом триггеру а выход - с первым входом триггера, и входом преобразователя кода .

К недостаткам известного привода относятся сложность, выражающаяся в

(54) ПЬЕЗОПРИВОД

значительных аппаратурных затратах, и недостаточно высокая точность.

Цель изобретения - повышение точности пьезопривода.

5 Поставленная цель достигается тем, что в пьезоприводе устанорлены последовательно соединенные датчик вибраций и формирователь импульсов, второй вход которого соединен с выходом генерато 0 ра прямоугольных колебаний, а выход со вторым входом триггера, выходы преобразователя соединены с соответствующими входами пьезоэлектрического исполнительного механизма, выход которого подключен к входу датчика вибраций.

функциональная схема пьезопривода представлена на чертеже.

Оыа содержит преобразователь 1 кода, логический элемент 2, триггер 3, пьезоэлектрический исполнительный механизм 4, основание 5, датчик 6 вибраций, рабочий орган 7, формирователь 8 импульсов, генератор 9

25 прямоугольных колебаний.

В предлагаемом пьезоприводе преобразователь 1 кода через логический элемент 2 (например, элемент типа И или управляеьий ключ) подключены к генератору 9 прямоугольных колебаний. Управляющий вход логического элемента 2 соединен с выходом триггера 3, В54од установки нуля которого соеди-. нен со входом преобразователя 1. К выходам преобразователя 1 кода подклю чен пьезоэлектрический исполнительный механизм 4, выполненный в виде раэделунного на секции (по числу разрядов преобразователя 1 кода) набора пьезо элемен рв, установленный на основании 5. На свободном конце пьезоэлектрического исполнительного механизма 4 установлены датчик 6 вибраций и рабочий орган 7. В качестве датчика вибраций в предлагаемом пьезоприводе ифпользован пьезоэлемент, выход котфрого через формирователь 8 импульсфв связан со входом установки единиц триггера 3. Отдельные пьезоэлементы на чертеже показаны условно. Количество пьез элементов в каждой секции пьезозлектрического исполнительного механизма пропорционально весу разрядов преобрфзователя 1 кода. Толщина пьезоэлемфнтов определяется технологическими сфобрсшениями в соответствии с напр.я жением выходов преобразователя кода. В;пределах одной секции все пьезоэлементы включены параллельно. Размфщение пьезоэлементов младших разр; дов со стороны рабочего органа 7 П1 едпочтительно, так как частота сме на состояний их наиболее высока. При этом в колебаниях участвуют меньшие массы. Это выгодно энергетически. Работает предлагаемый пьезопривод следующим образом. Появление импульса на входе установки единиц триггера 3 Пуск переводит его выходы в состояние, разреш ющее прохождение сигналов генератора 9 прямоугольных колебаний через логи ческий элемент 2 на вход преобразо. вателя 1 кода. Триггер 3 возвращаетс в исходное положение любым из этих импульсов. В соответствии с количест вом прошед1иих через логический элемент 2 импульсов на выходах преобра.зователя 1 кода формируется двоичный параллельный код, в соответствии с которым в пьезоэлектрическом исполнительном механизме 4 возбуждается определенное количество пьезоэлементов. Для изображения варианта преобразователя 1 кода числу 33, например, будет соответств вать возбуждение всего пакета пьезоэлементов пьезоэлектрического исполнйтеЛьного механизма 4. Возбуждение очередного пьезоэлемента сопровождае4ся прохождением силового импульса в направлении рабочего органа 7. В датчике б вибраций, возникает импульс ЭДС, который поступает на вход формирователя 8 игдпульсов. Выходной иНпульс формирователя 8 имеет прямоугольную форму, засинхронизирован с сигналами генератора 9 прямоугольных колебаний и задержан по времени (относительно импульса, вызвавшего возбуждение очередного пьезоэлемента в пьезоэлектрическом исполнительном механизме 4) на величину, определяемую скоростью распространения звуковых колебаний в пьезокерамике и размерами преобразователя. Выходной импульс формирователя 8 импульсов аналогичен команде ПусК для триггера 3. Вся описанная последовательность событий многократно повторяется до переполнения разрядов на выходе преобразователя 1 кода. При этом приращение длины пьезоэлектрического исполйительного механизма 4 ступенчато накапливается, а затем он резко (при обнулении выходов преобразователя 1) возвращается к исходному размеру. Если к моменту переполнения преобразователя 1 подать команду Реверс то возврат к исходному размеру пьезоэлектрического исполнительного механизма 4 будет также ступенчатым ,Это расширяет функциональные возможности пьезопривода. Бинарный характер сигналов, поступающих на пьезоэлег.5енты пьезоэлектрического исполнительного механизма 4, обеспечивает срабатывание всех пьезоэлементов по одному и тому же частному циклу обратного пьезоэффекта.Этим обеспечивается постоянство крутизны преобразования по перемещению на любом участке суммарной характеристики пьезоэлектрического исполнительного механизма 4. Таким образом, средством линеаризации этой характеристики становятся сами пьезоэлементы. Превышение частоты генератора 9 прямоугольных колебаний по отношению к резонансной частоте пьезоэлектрического исполнительного механизма 4 позволяет оптимально использовать его добротность, так как задержка между импульсом обратной связи и выходным сигналом преобразователя 1 кода становится пренебрежимо малой. Предложенный пьезопривод работоспособен при любом параллельном коде на выходе преобразователя 1 кода. Положительный эффект от использо вания данного пьезопривода заключается в повышении точности на 30% и частоты сканирования на 40%. Это упрощает систему обработки информации при анализе микроструктур. В целом предложенное техническое решение ведет к удешевлению привода и увеличению его {производительности. Формула изобретения Пьезопривод, содержащий пьезоэлектрический исполнительный механизм, генератор прямоугольных колебаний, выход которого соединен с первым входом логического элемента, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход - с первым входом триггера и . , входом преобразователя кода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности пьеэопривода, в нем установлены последовательно соединенгные датчик вибраций и формирователь импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных колебаний, а выход - со вторым входом триггера, выходы преобразователя кода соединены с соответствующими входами пьезоэлектрического исполнительного механизма, выход которого соединен со входом датчика вибраций.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США №3179826,кл.310-8.2, опублик. 1965,

2.Авторское свидетельство СССР №652528, кл. Q 05 В 11/01, 23.03.76.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке №2344580/18-24,

кл. Q 05 В 11/01, 22.03.76.

4.Авторское свидетельство СССР по заявке №2463164/18-24,

кл. q 05 в 11/01, 10.03.77 (прототип)