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影响压电系统定位精度的因素!

我们知道压电陶瓷的理论分辨率是可以达到无限小的,实际中取决于电源控制器和测试系统等因素。采用芯明天压电控制系统,可达纳米及亚纳米级,适用于微纳米范围的高精度定位。

由于压电陶瓷存在迟滞和蠕变的特性,所以在陶瓷上所施加的电压和得到的位移并不是完全线性的,它们之间存在微小的偏移。在定位精度要求非常高的应用中,我们使用闭环控制系统来进行反馈控制。

闭环控制一般我们使用电阻应变计作为反馈传感器,精度可以达到满行程的0.1-0.2%,对于更高精度需求,可以采用电容和电感式传感器。

我们开发陶瓷测量系统集成闭环控制电路通过PID调节电路控制闭环。并且可将测得的实际位置显示在屏幕,如下图:

 

请注意:
    一般PZT压电陶瓷配置传感器是不能后添加的,需要提前跟随系统结构装配。因此,在订购产品之前需要确定好,看是否需要闭环控制系统。

测量系统

压电陶瓷迟滞蠕变效应的影响限制了压电致动器的机械特性。在大多数应用中这些影响并不是十分重要的,而对于一些特殊的应用,如高精度的位移定位等,闭环系统则是比较重要的。闭环系统会测量出致动器的位移,任何不理想的位置变化将通过闭环电路校正。

我们一般采用以下几种类型传感器:电阻式、电感式电容式等。

电阻应变传感器体积小巧,结构紧凑,几乎可以集成到我们所设计的所有压电产品中。电容式或LVDT传感器则应用在更高精度要求或者动态系统中。如何选择传感器的类型,需要根据不同传感系统的功能特性。

压电陶瓷分辨率
    压电效应是一个固态效应。在理论上分辨率是没有限制的;也就是无限小的变化的电场产生一个无限小的机械位移。但是在现实中存在了一些限制分辨率的因素,例如电气机械声学和热干扰等等

机械:
    机械分辨率是根据致动器的设计决定的。我们设计的压电致动器系统均采用柔性铰链设计柔性铰链结构原理上是没有机械间隙的,也不产生摩擦因而机械分辨率是无限的。

电气:
    在操作过程中分辨率表示压电致动器位移多少,如果没有位移即表示控制器的输出电压保持不变。这个位移是由输出电压的输出能力所决定。例如150V时的行程为100μm0.3mV的电压噪声意味着压电致动器分辨率为0.2 nm

分辨率=行程·电气噪声/电压范围
   对于闭环模式中的分辨率,我们必须考虑测量系统的噪声。此值取决于所使用的压电致动器测量系统调整后的控制参数和功率放大器等方面

请注意:

高的定位分辨率需要非常稳定的测试条件, 否则环境条件将决定实验的分辨率。

好的测试条件至少包括

良好的接地环境  远离电磁场  振动隔离  稳定的温度条件

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