CN103499930B - 一种压电陶瓷快速偏转镜寿命试验全自动控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种压电陶瓷快速偏转镜寿命试验全自动控制系统及方法，用于自动控制压电陶瓷快速偏转镜寿命试验，考察其在恶劣环境下工作的可靠性。系统由工控机、数据采集卡、继电器、直流电源和驱动电路组成，其中驱动电路包括高压功放电路、斜率控制电路、仪表放大电路和低通滤波电路。通过工控机控制继电器通断，使驱动电路分时上电，同时控制数据采集卡产生不同幅值和频率的正弦波，驱动压电陶瓷快速偏转镜按照不同的幅值和频率偏转，采集、存储并实时显示压电陶瓷快速偏转镜的应变片电压，通过应变片电压判断压电陶瓷偏转情况。全自动的控制系统，减少了人为操作，大大节省人力，提高了工作效率，保证顺利完成压电陶瓷快速偏转镜寿命试验。
Description
技术领域：
本发明涉及一种寿命试验全自动控制系统，特别涉及压电陶瓷快速偏转镜寿命试验全自动控制系统，用于压电陶瓷快速偏转镜的寿命试验。
背景技术：
本文所提到的压电陶瓷快速偏转镜是一种压电陶瓷位移器件，具有响应快、位移分辨率高、输出力大、功耗小、不发热等优点，已广泛用于航空航天、微电子机械、精密加工等领域，它的性能好坏直接影响到系统性能；因此在使用之前需要检验压电陶瓷快速偏转镜的性能和寿命。
寿命试验是考核压电陶瓷快速偏转镜性能的重要一项，它主要考核压电陶瓷快速偏转镜在恶劣环境（真空及高低温）下工作的可靠性。在试验过程中，需要不断的给压电陶瓷快速偏转镜施加不同幅值和频率的正弦驱动信号，模拟真实的工作状态，并需要判断其偏转情况，而且试验周期长，同时在试验时需对尽可能多的快反镜同时进行试验，人为完成这些工作根本不可能；因此需要专门的自动控制系统进行试验控制。目前还没有专门针对这一方面的控制系统。
发明内容：
本专利的目的在于针对压电陶瓷快速偏转镜寿命试验，提供一种全自动的控制系统及正确有效的控制方法，使在考察压电陶瓷快速偏转镜的可靠性时，能够提供一个有效的控制系统和正确的控制方法，保证顺利完成寿命试验。本发明同样适用于同类型压电陶瓷快速偏转镜可靠性检验。
本专利的方法是利用通过在工控机上运行编好的LabVIEW程序，控制继电器按规律定时通断，使稳压电源定时供电给驱动电路，在驱动电路上电时，控制数据采集卡产生三种不同幅值和频率的正弦波，驱动压电陶瓷快速偏转镜按照不同的幅值和频率偏转，压电陶瓷快速偏转镜的应变片电压由数据采集卡实时采集并存储；电路的上电时间、输出信号的时间以及输出正弦波的幅值和频率可以灵活改变，而且应变片反馈电压可以实时显示并存储，使得本发明能够适应不同的需求。
可以实现本发明方法的压电陶瓷快速偏转镜寿命试验全自动控制系统如图1所示，包括：工控机1、稳压电源2、继电器3、数据采集卡4和由高压功放电路5、斜率控制电路6、仪表放大电路7、低通滤波电路8组成的驱动电路9；其特征在于：
所述的工控机1是普通工业控制计算机；所述的稳压电源2是为驱动电路供电的±12V和+100V稳压电源；所述的继电器3是支持2通道额定输出高达125V、2A的继电器；所述的数据采集卡4是支持4通道±10V输入和2通道±10V输出、分辨率为16bit的高精度数据采集卡；所述的高压功放电路5是由Apex Microtechnology公司生产的PA83M芯片组成的电路；所述的斜率控制电路6是由Texas Instruments公司生产的TL084MJB芯片组成的电路；所述的仪表放大电路7由Analog Device公司生产的AD620SQ芯片组成的电路；所述的低通滤波电路8由Analog Device公司生产的OP270AZ芯片组成的电路。
继电器3和数据采集卡4安装在工控机上，稳压电源2通过继电器3为驱动电路9供电，数据采集卡4的输出通道与斜率控制电路6相连，斜率控制电路6输出电压给高压功放电路5输入端，高压功放电路5输出与被测压电陶瓷快速偏转镜10相连，为其提供偏转电压，应变片11和仪表放大电路7相连，仪表放大电路7输出电压给低通滤波电路8，低通滤波电路8与数据采集卡4的输入通道相连。
实现全自动控制的方法如下：
1．通过在工控机1控制继电器3循环定时通断，每个循环10分钟，导通3分钟，断开7分钟，导通时稳压电源2给驱动电路9供电。
2．在驱动电路9上电时，控制数据采集卡4产生三种不同幅值和频率的正弦波给斜率控制电路6，即低频高压、中频中压和高频低压。
3．斜率控制电路6减缓来自数据采集卡的正弦信号的变化频率，防止损害容性压电陶瓷，同时在信号斜率满足范围的条件下尽量提高频带宽度，高压功放电路5将来自斜率控制电路6的电压放大18倍，驱动压电陶瓷按照低频大角度、中频中角度、高频小角度三种模式偏转。
4．仪表放大电路7将来自应变片11的高共模、低差模电压信号进行高增益放大，低通滤波电路8滤除仪表放大电路中的高频噪声及不需要的频率成分后，输出给数据采集卡4的输入通道。
5．将数据采集卡4采集到的应变片电压存储并实时显示，方便观察。
本发明有如下有益效果：
试验控制系统可以根据控制需求灵活的改变系统中数据采集卡输出正弦波的幅值和频率，试验强度要求较低时可以控制系统输出小幅值和小频率的正弦信号，要求较高时可以控制系统输出高幅值和高频率的正弦信号；同时，不同幅值和频率的正弦波的输出时间也可以根据实际需求改变；应变片反馈电压可以实时显示，能够实时判断压电陶瓷快速偏转镜偏转是否正常。以上这些优势使得本发明非常适用于压电陶瓷快速偏转镜的寿命试验。
附图说明：
图1是应用本发明方法的试验全自动控制系统结构图；
具体实施方式：
整个可用于压电陶瓷快速偏转镜寿命试验的全自动控制系统组成如图1所示。在该实例系统中，电路的上电时间、输出信号的时间以及输出正弦波的幅值和频率可以灵活改变，应变片反馈电压可以实时显示。试验中所用的压电陶瓷快速偏转镜是PI公司生产的S-330.8压电陶瓷偏转镜，陶瓷上自带应变片，通过驱动电路就可以方便的读出应变片电压。
结合图1来进一步阐述应用本发明能够实现全自动控制的系统实施方式：
1．通过在工控机1上运行编好的LabVIEW程序，控制继电器3循环定时通断，每个工作循环共10分钟，导通3分钟，断开7分钟，导通时稳压电源2给驱动电路9供电。
2．在驱动电路9上电时，控制数据采集卡4产生三种不同幅值和频率的正弦波，即低频高压5Hz、2.5V±1.11V，中频中压80Hz、2.5V±0.28V和高频低压150Hz、2.5V±0.056V，正弦波信号输出给斜率控制电路6。
3．斜率控制电路6减缓来自数据采集卡的正弦信号的变化频率，防止损害容性压电陶瓷，同时在信号斜率满足范围的条件下尽量提高频带宽度，高压功放电路5将来自斜率控制电路6的电压放大18倍，驱动压电陶瓷按照低频大角度、中频中角度、高频小角度三种模式偏转。
4．仪表放大电路7将来自应变片11的高共模、低差模电压信号进行高增益放大，低通滤波电路8滤除仪表放大电路中的高频噪声及不需要的频率成分后，输出给数据采集卡4的输入通道。
5．将数据采集卡4采集到的应变片电压存储并实时显示，方便观察。
Claims (2)
1.一种压电陶瓷快速偏转镜寿命试验全自动控制系统，它包括：工控机(1)、稳压电源(2)、继电器(3)、数据采集卡(4)和由高压功放电路(5)、斜率控制电路(6)、仪表放大电路(7)、低通滤波电路(8)组成的驱动电路(9)；其特征在于：
所述的工控机(1)是普通工业控制计算机；所述的稳压电源(2)是为驱动电路供电的±12V和+100V稳压电源；所述的继电器(3)是支持2通道额定输出高达125V、2A的继电器；所述的数据采集卡(4)是支持4通道±10V输入和2通道±10V输出、分辨率为16bit的高精度数据采集卡；所述的高压功放电路(5)是由Apex Microtechnology公司生产的PA83M芯片组成的电路；所述的斜率控制电路(6)是由Texas Instruments公司生产的TL084MJB芯片组成的电路；所述的仪表放大电路(7)由Analog Device公司生产的AD620SQ芯片组成的电路；所述的低通滤波电路(8)由Analog Device公司生产的OP270AZ芯片组成的电路；
继电器(3)和数据采集卡(4)安装在工控机上，稳压电源(2)通过继电器(3)为驱动电路(9)供电，数据采集卡(4)的输出通道与斜率控制电路(6)相连，斜率控制电路(6)输出电压给高压功放电路(5)输入端，高压功放电路(5)输出与被测压电陶瓷快速偏转镜(10)相连，为其提供偏转电压，应变片(11)和仪表放大电路(7)相连，仪表放大电路(7)输出电压给低通滤波电路(8)，低通滤波电路(8)与数据采集卡(4)的输入通道相连。
2.一种基于权利要求1所述系统的全自动控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1).通过在工控机(1)控制继电器(3)循环定时通断，每个循环10分钟，导通3分钟，断开7分钟，导通时稳压电源(2)给驱动电路(9)供电；
2).在驱动电路(9)上电时，控制数据采集卡(4)产生三种不同幅值和频率的正弦波给斜率控制电路(6)，即低频高压、中频中压、高频低压；
3).斜率控制电路(6)减缓来自数据采集卡的正弦信号的变化频率，防止损害容性压电陶瓷，同时在信号斜率满足范围的条件下尽量提高频带宽度，高压功放电路(5)将来自斜率控制电路(6)的电压放大18倍，驱动压电陶瓷按照低频大角度、中频中角度、高频小角度三种模式偏转；
4).仪表放大电路(7)将来自应变片(11)的高共模、低差模电压信号进行高增益放大，低通滤波电路(8)滤除仪表放大电路中的高频噪声及不需要的频率成分后，输出给数据采集卡(4)的输入通道；
5).将数据采集卡(4)采集到的应变片电压存储并实时显示，方便观察。
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