Пьезопривод

(22) Заявлено 2301,79 (21) 2720071/18-24с присоединением заявки МО(51)М. Кл. 6 05 В 11/01 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(71) Заявитель Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения АН СССР(54) ПЬЕЗОПРИВОД 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 необ ходимой величины 1).Недостатком таких пьезоприборов является значительная нелинейность, для компенсации которой приходится применять специальные меры, например 15 испольэовать нелинейные преобразователи код-напряжение 2, 3. Наиболее близок к предлагаемому пьезоприводу по технической сущности 20 пьезопривод, содержащий пьезоэлектрический исполнительный механизм, генератор прямоугольных колебаний, выход которого подключен к первому входу логического элемента, второй вход 25 которого соединен с выходом триггера а выход - с первым входом триггера, и входом преобразователя кода 1 4.К недостаткам известного привода относятся сложность, выражающаяся в 30 значительных аппаратурных затратах, и недостаточно высокая точность,Цель изобретения - повышение точности пьезопривода.Поставленная цель достигается тем, что в пьезоприводе установлены последовательно соединенные датчик вибраций и формирователь импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных колебаний, а выход со вторым входом триггера, выходы преобразователя соединены с соответствующими входами пьезоэлектрическэго исполнительного механизма, выход которого подключен к входу датчика вибраций.Функциональная схема пьезопривода представлена на чертеже.Она содержит преобразователь 1 кода, логический элемент 2, триггер 3, пьезоэлектрический исполнительный механизм 4, основание 5, датчик б вибраций, рабочий орган 7, формирователь 8 импульсов, генератор 9 прямоугольных колебаний.В предлагаемом пьезоприводе преобразователь 1 кода через логический элемент 2 (например, элемент типа И или управляеьюй ключ) подключены к генератору 9 прямоугольных колебаний.управляющий вход логического элемента 2 соединен с выходом триггера 3, вход установки нуля которого соеди-. нен со входом преобразователя 1, К выходам преобразователя 1 кода подключен пьезоэлектрический исполнительный механизм 4, выполненный в виде разделЕнного на секции (по числу разрядов преобразователя 1 кода) набора пьеэоэлеменгов, установленный на основании 5. На свободном конце пьезоэлек" трического исполнительного механизма 4 установлены датчик б вибраций и рабочий орган 7. В качестве датчикачвибрации в предлагаемом пьезоприводе использован пьезоэлемент, выход которого через формирователь 8 импульсов связан со входом установки единиц триггера 3.Отдельные пьезоэлементы на чертеже показаны условно. Количество пьезоэЛементов в каждой секции пьезоэлек трического исполнительного механизма пропорционально весу разрядов преобразователя 1 кода. Толщина пьезоэлементов определяется технологическими соображениями в соответствии с напря жением выходов преобразователя кода. В пределах одной секции все пьезоэлементы включены параллельно, Размещение пьезоэлементов младших разрядов со стороны рабочего органа 7 предпочтительно, так как частота сме- нЫ состояний их наиболее высока. При этом в колебаниях участвуют меньшие массы, Это выгодно энергетически.Работает предлагаемый пьеэопривод следующим образом.Появление импульса на входе установки единиц триггера 3 "Пуск" переводит его выходы в состояние, разрешающее прохождение сигналов генератора 9 прямоугольных колебаний через логи О ческий элемент 2 на вход преобразователя 1 кода. Триггер 3 возвращается в исходное положение любым из этих импульсов. В соответствии с количеством прошедших через логический эле- Я мент 2 импульсов на выходах преобра,зователя 1 кода Формируется двоичный параллельный код, в соответствии с которым в пьезоэлектрическом исполнительном механизме 4 воз О букдается определенное количество пьезоэлементов. Для изображения варианта преобразователя 1 кода числу 33, например, будет соответствовать возбуждение всего пакета пьезоэлементов пьезоэлектрического исполнительного механизма 4, Возбуждение очередного пьезоэлемента сопровождается прохождением силового импульса в направлении рабочего органа 7, В датчике б вибраций, возникает им пульс ЭДС, который поступает на вход Формирователя 8 импульсов. Выходной иМпульс Формирователя 8 имеет прямоугольную форму, засинхронизирован с сигналами генератора 9 прямоугольных 65 колебаний и задержан по времени (относительно импульса, вызвавшего возбуждение очередного пьезоэлемента впьезоэлектрическом исполнительном механизме 4) на величину, определяемуюскоростью распространения звуковыхколебаний в пьезокерамике и размерамипреобразователя. Выходной импульс Формирователя 8 импульсов аналогиченкоманде "Пуск" для триггера 3,Вся описанная последовательностьсобытий многократно повторяется допереполнения разрядов на выходе преобразователя 1 кода. При этом приращение длины пьезоэлектрического исполнительного 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 .Эторасширяет Функциональные возможностипьезопривода,Бинарный характер сигналов, поступающих на пьезоэлементы пьезоэлектрического исполнительного механизма 4,обеспечивает срабатывание всех пьезоэлементов по одному и тому же частному циклу обратного пьезоэффекта. Этимобеспечивается постоянство крутизныпреобразования по перемещению на любом участке суммарной характеристикипьезоэлектрического исполнительногомеханизма 4. Таким образом, средствомлинеаризации этой характеристики становятся сами пьезоэлементы.Превышение частоты генератора 9прямоугольных колебаний по отношениюк резонансной частоте пьезоэлектрического исполнительного механизма 4позволяет оптимально использовать егодобротность, так как задержка междуимпульсом обратной связи и выходнымсигналом преобразователя 1 кода становится пренебрежимо малой.Предложенный пьезопривод работоспособен при любом параллельном кодена выходе преобразователя 1 кода.Положительный эффект от использования данного пьезопривода заключается в повышении точности на 30 и частоты сканирования на 40. Это упрощает систему обработки информации прианализе микроструктур. В целом предложенное техническое решение ведет кудешевлению привода и увеличению егопроизводительноети.Формула изобретенияЧьезопривод, содержащий пьезоэлектрический исполнительный механизм, генератор прямоугольных колебаний, выход которого соединен с первым входом логического элемента, второй вход кото783751 30 Составитель Ю. ГладковТехред Л.ПекарКорректор Е. Папп актор И узова 956 П нного комитета С тений и открытийРаушская наб.,ак писноР4/5 оектная, 4 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород рого соединен с выходом триггера, авыход - с первым входом триггера ивходом преобразователя кода, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности пьеэопривода, в немустановлены последовательно соединенные датчик вибраций и формировательимпульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных колебаний, а выход - со вторымвходом триггера, выходы преобразователя кода соединены с соответствующими входами пьезоэлектрического исполнительного механизма, выход ко 547/50 Тир ВНИИПИ Государст по делам изоб 113035, Москва, Ж торого соединен со входом датчикавибраций.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 93179826,кл,310-8.2,опублик. 1965.2, Авторское свидетельство СССРР 652528, кл .05 В 11/01, 23.03.76.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке 92344580/18-24,кл, Я 05 В 11/01, 22.03.76.4. Авторское свидетельство СССРпо заявке 92463164/18-24,кл. Я 05 В 11/01, 10.03.77 (прототип)