4 驅動電源實驗結果

實驗用壓電陶瓷驅動電源的穩(wěn)壓電源采用長峰朝陽電源公司的4NIC-X56ACDC 直流電源，輸出電壓精度≤1%,電壓調(diào)整率≤0.5%,電壓紋波≤1 mV(RMS)、10 mV(P-P)。測量設備采用KEITHLEY 2000 6 1/2Multimeter.

首先對DAC輸出分辨率進行測量，ARM控制器輸出持續(xù)5 s的階躍信號，同時在DAC輸出端對電壓信號進行測量，將測量結果部分顯示見圖8.圖8 中顯示AD5781的輸出電壓分辨率可達3.89e-5 V,即38.9 μV.

在模擬電路中，噪聲是不可避免的。對于壓電驅動電源來說，噪聲的等級限制了驅動電源的輸出分辨率。

圖8、9分別給出經(jīng)典放大電路和改進后的放大電路的測試噪聲。從圖中可得通過使用PI控制器和相位補償元件將壓電驅動電源的輸出噪聲從1.82 mV(RMS)降低至0.43 mV(RMS)。

圖10給出了放大電路的輸出分辨率，放大電路的分辨率決定了PZT的定位精度，如要實現(xiàn)納米級的定位精度，驅動電源的分辨率需要達到毫伏級。圖10中，輸出電壓的分辨率可達到1.44 mV.

最后，給出驅動電源電壓線性度曲線。線性度能夠真實的反映出輸出值相對于輸入真值的偏差程度。

線性度曲線如圖11所示。得到擬合直線Yfit=9.846Vin+0.024 2,最大非線性誤差為0.024%,能夠滿足精密定位需求。

5 結論

本文設計的基于ARM的高分辨率壓電陶瓷驅動電源的方案，該方案采用直流放大原理，具有低電路噪聲、高分辨率和低輸出非線性度等特性，同時驅動電源的帶寬可達100 kHz.以上特性使本方案的壓電驅動電源能夠應用于納米級靜態(tài)定位的需求，由于其性價比高、結構簡單，故具有很高的實用價值。而實驗結果也表明：本方案所設計的電源輸出電壓噪聲低于0.43 mV、輸出最大非線性誤差低于0.024%、分辨率可達1.44 mV,能夠滿足高分辨率微位移定位系統(tǒng)中靜態(tài)定位控制的需求。