CN110375642A - 一种干涉仪用压电陶瓷控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干涉仪用压电陶瓷控制装置及其控制方法，XY方向偏转电机的伸缩带动压电陶瓷底座在XY平面以第一固定轴为中心作有限幅度的圆周偏转运动，XZ方向偏转电机的伸缩带动XY方向偏转底座在XZ平面以第二固定轴为中心作有限幅度的圆周偏转运动，可以实现对干涉仪用压电陶瓷的俯仰偏转姿态和水平偏转姿态两个维度的角度偏转进行精准电动调节，偏转调节的精度高，偏转角度可达±4°，并且，整体结构紧凑，便于集成。由于干涉条纹的姿态调整由参考镜的偏转实现，压电陶瓷与参考镜固定在一起，因此，上述干涉仪用压电陶瓷控制装置可以实现对干涉条纹的幅度和偏转角度的精准电动调节。

Description

一种干涉仪用压电陶瓷控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及精密控制技术领域，尤其涉及一种干涉仪用压电陶瓷控制装置及其控制方法。

背景技术

白光干涉仪(光学轮廓仪)因具有高精度、大范围、无损伤等优点，成为越来越受青睐的超精密检测手段之一。

白光干涉仪检测三维形貌是通过一系列灰度图解算出来的。等间距的灰度图是白光干涉仪实现相干测量的基础，而等间距需要依赖压电陶瓷完成。压电陶瓷输出等间距的位移以等间隔改变干涉相位来实现图像扫描采集，因此，压电陶瓷输出的位移需要满足定位精度高的要求。并且，白光干涉仪的纵向分辨率直接决定仪器对于被测样品的测量精度，而纵向分辨率是由参考镜在压电陶瓷带动下作单向扫描时体现的。因此，压电陶瓷是白光干涉仪的关键部件，为仪器提供精密位移，是干涉扫描的基础，其精确控制程度直接决定着仪器的纵向分辨率及重复性，对整个仪器的精度和性能产生至关重要的影响。

根据移相扫描的原理，进行白光干涉扫描的前提是干涉条纹的姿态满足一定的要求，因此，需要对干涉条纹的姿态进行微量调节。干涉条纹的姿态调整是由参考镜的偏转实现的，由于参考镜与压电陶瓷固定在一起，因此，压电陶瓷需要具有方向偏转调节的功能，将干涉条纹调整到符合扫描要求的姿态。

目前，现有的干涉仪用压电陶瓷的姿态调节多数是通过手动方式调节的，精度和操控性上存在限制，并且，现有的电动调节通常存在精度低、体积大等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种干涉仪用压电陶瓷控制装置及其控制方法，用以解决现有的干涉仪用压电陶瓷的姿态调节装置存在的精度低、体积大等问题。

因此，本发明提供了一种干涉仪用压电陶瓷控制装置，包括：用于承载、固定压电陶瓷的压电陶瓷底座、位于所述压电陶瓷底座下方的XY方向偏转底座、XY方向偏转电机、位于所述XY方向偏转底座下方的XZ方向偏转底座、XZ方向偏转电机；其中，

所述XY方向偏转电机与所述XY方向偏转底座固定连接，所述XY方向偏转电机的推力端穿过所述XY方向偏转底座中的第一贯穿孔与所述压电陶瓷底座沿X轴方向的一端保持接触状态，所述压电陶瓷底座沿X轴方向的另一端通过第一转轴结构与所述XY方向偏转底座转动连接；所述XY方向偏转电机穿过所述XY方向偏转底座的部分与所述第一贯穿孔间隙配合，所述第一贯穿孔的中心轴沿Y轴方向；所述第一转轴结构的中心轴沿Z轴方向，所述第一转轴结构由第一固定轴与第一轴承过盈配合组成，所述第一固定轴与所述压电陶瓷底座中的第二贯穿孔过渡配合，所述第一轴承与所述XY方向偏转底座中的第三贯穿孔过渡配合；

所述XZ方向偏转电机与所述XZ方向偏转底座固定连接，所述XZ方向偏转电机的推力端穿过所述XZ方向偏转底座中的第四贯穿孔与所述XY方向偏转底座沿X轴方向的一端保持接触状态，所述XY方向偏转底座沿X轴方向的另一端通过第二转轴结构与所述XZ方向偏转底座转动连接；所述XZ方向偏转电机穿过所述XZ方向偏转底座的部分与所述第四贯穿孔间隙配合，所述第四贯穿孔的中心轴沿Z轴方向；所述第二转轴结构的中心轴沿Y轴方向，所述第二转轴结构由第二固定轴与第二轴承过盈配合组成，所述第二固定轴与所述XY方向偏转底座中的第五贯穿孔过渡配合，所述第二轴承与所述XZ方向偏转底座中的第六贯穿孔过渡配合；

所述XZ方向偏转电机与所述XY方向偏转电机位于所述XY方向偏转底座与所述XZ方向偏转底座沿X轴方向的同一端，所述第一转轴结构与所述第二转轴结构位于所述XY方向偏转底座与所述XZ方向偏转底座沿X轴方向的同一端；所述压电陶瓷底座与所述XY方向偏转底座在设置所述XY方向偏转电机的一端通过第一拉伸弹簧连接，所述XY方向偏转底座连接所述第一拉伸弹簧的连接点比所述压电陶瓷底座连接所述第一拉伸弹簧的连接点靠近所述XY方向偏转电机；所述XY方向偏转底座与XZ方向偏转底座在设置所述XY方向偏转电机的一端通过第二拉伸弹簧连接，所述XZ方向偏转底座连接所述第二拉伸弹簧的连接点比所述XY方向偏转底座连接所述第二拉伸弹簧的连接点靠近所述XY方向偏转电机。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，所述压电陶瓷底座与所述XY方向偏转底座接触的一面设有第一凹槽，所述XY方向偏转底座与所述压电陶瓷底座接触的一面设有第二凹槽；

所述第一凹槽用于放置第一极性的磁铁，所述第二凹槽用于放置与第一极性相异的第二极性的磁铁。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，所述XY方向偏转底座与所述XZ方向偏转底座接触的一面设有第三凹槽，所述XZ方向偏转底座与所述XY方向偏转底座接触的一面设有第四凹槽；

所述第三凹槽用于放置第一极性的磁铁，所述第四凹槽用于放置与第一极性相异的第二极性的磁铁。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，还包括：位于所述XZ方向偏转底座下方的安装座；

所述安装座与所述XZ方向偏转底座设有中心轴沿Z轴方向的第七贯穿孔，所述XZ方向偏转底座与所述安装座通过螺钉与所述第七贯穿孔的配合固定连接；

所述安装座设有中心轴沿X轴方向的第八贯穿孔，所述安装座通过螺钉与所述第八贯穿孔的配合将所述干涉仪用压电陶瓷控制装置安装在设定位置。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，还包括：压电陶瓷、探测板固定座、参考镜座、参考镜、探测板、目标板、主控芯片、驱动电路、检测电路以及模数转换电路；其中，

所述压电陶瓷位于所述压电陶瓷底座上且与所述压电陶瓷底座固定连接，包括U型固定部和插入所述U型固定部内的条形移动部；所述探测板固定座通过螺钉、固定套筒和U型固定部中的第九贯穿孔的配合固定在所述U型固定部上，并通过螺钉和压电陶瓷底座中的第一螺纹孔的配合将所述U型固定部固定在所述压电陶瓷底座上；所述参考镜座通过螺钉、参考镜座中的第十贯穿孔和条形移动部中的第二螺纹孔的配合固定在所述条形移动部上；所述探测板固定座与所述参考镜座相对而置，所述探测板固定在所述探测板固定座面向所述参考镜座的一侧，所述目标板固定在所述参考镜座面向所述探测板固定座的一侧；所述参考镜固定在所述参考镜座背向所述探测板固定座的一侧；

所述主控芯片，用于将上位机发送的指令发送给所述驱动电路；

所述驱动电路，用于根据所述主控芯片发送的指令，驱动所述压电陶瓷产生期望位移；

所述检测电路，分别与所述探测板和所述目标板电性连接，用于检测所述探测板与所述目标板之间的电容，并将所述压电陶瓷输出位移前后所述探测板与所述目标板之间电容的变化量转换为位移的变化量；

所述模数转换电路，用于将位移的变化量转换为数字信号反馈给主控芯片；

所述主控芯片，还用于根据反馈的数字信号获得所述压电陶瓷的实际位移，通过对比所述实际位移与所述期望位移，调整施加在所述压电陶瓷上的电压值。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，所述驱动电路，包括：数模转换电路和高压运放电路；其中，

所述数模转换电路，用于将所述主控芯片发送的指令转换为模拟电压；

所述高压运放电路，用于将所述模拟电压进行功率和电压放大后施加在所述压电陶瓷上。

本发明还提供了一种干涉仪用压电陶瓷控制装置的控制方法，包括如下步骤：

S1：主控芯片将上位机发送的指令发送给驱动电路；

S2：驱动电路根据主控芯片发送的指令，驱动压电陶瓷产生期望位移；

S3：检测电路检测探测板与目标板之间的电容，并将压电陶瓷输出位移前后，探测板与目标板之间电容的变化量转换为位移的变化量；

S4：模数转换电路将位移的变化量转换为数字信号反馈给主控芯片；

S5：主控芯片根据反馈的数字信号获得压电陶瓷的实际位移，通过对比实际位移与期望位移，调整施加在压电陶瓷上的电压值。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述控制方法中，步骤S2，驱动电路根据主控芯片发送的指令，驱动压电陶瓷产生期望位移，具体包括如下步骤：

S21：数模转换电路将主控芯片发送的指令转换为模拟电压；

S22：高压运放电路将模拟电压进行功率和电压放大后施加在压电陶瓷上。

本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置及其控制方法，XY方向偏转电机的伸缩带动压电陶瓷底座在XY平面以第一固定轴为中心作有限幅度的圆周偏转运动，XZ方向偏转电机的伸缩带动XY方向偏转底座在XZ平面以第二固定轴为中心作有限幅度的圆周偏转运动，可以实现对干涉仪用压电陶瓷的俯仰偏转姿态和水平偏转姿态两个维度的角度偏转进行精准电动调节，偏转调节的精度高，偏转角度可达±4°，并且，整体结构紧凑，便于集成。由于干涉条纹的姿态调整由参考镜的偏转实现，压电陶瓷与参考镜固定在一起，因此，上述干涉仪用压电陶瓷控制装置可以实现对干涉条纹的幅度和偏转角度的精准电动调节。通过采用闭环反馈机制对压电陶瓷进行闭环反馈控制，可以使压电陶瓷输出高精度位移，有效抑制压电陶瓷的蠕动和迟滞现象，保证干涉仪获取高精度的原始数据。

附图说明

图1为本发明提供的干涉仪用压电陶瓷控制装置的结构示意图之一；

图2为图1中压电陶瓷底座和XY方向偏转底座的拆分图；

图3为图1中XY方向偏转底座和XZ方向偏转底座的拆分图；

图4为图1的侧视图；

图5为图1中XZ方向偏转底座与安装座的拆分图；

图6为本发明提供的干涉仪用压电陶瓷控制装置的结构示意图之二；

图7为图6的局部结构示意图；

图8为图7的拆分图；

图9为图6所示的干涉仪用压电陶瓷控制装置中的电路结构示意图之一；

图10为图6所示的干涉仪用压电陶瓷控制装置中的电路结构示意图之二；

图11为复合放大电路的结构示意图；

图12为本发明提供的干涉仪用压电陶瓷控制装置的控制方法的流程图之一；

图13为本发明提供的干涉仪用压电陶瓷控制装置的控制方法的流程图之二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。

本发明提供的一种干涉仪用压电陶瓷控制装置，如图1所示，包括：用于承载、固定压电陶瓷的压电陶瓷底座1、位于压电陶瓷底座1下方的XY方向偏转底座2、XY方向偏转电机3、位于XY方向偏转底座2下方的XZ方向偏转底座4、XZ方向偏转电机5；其中，

为了便于理解，给出图1中压电陶瓷底座1和XY方向偏转底座2的拆分图，如图2所示，XY方向偏转电机3与XY方向偏转底座2固定连接，XY方向偏转电机3的推力端3A穿过XY方向偏转底座2中的第一贯穿孔6与压电陶瓷底座1沿X轴方向的一端(如图2所示的左端)保持接触状态，压电陶瓷底座1沿X轴方向的另一端(如图2所示的右端)通过第一转轴结构7与XY方向偏转底座2转动连接；XY方向偏转电机3穿过XY方向偏转底座2的部分与第一贯穿孔6间隙配合，第一贯穿孔6的中心轴沿Y轴方向；第一转轴结构7的中心轴沿Z轴方向，第一转轴结构7由第一固定轴8与第一轴承9过盈配合组成，第一固定轴8与压电陶瓷底座1中的第二贯穿孔10过渡配合，第一轴承9与XY方向偏转底座2中的第三贯穿孔11过渡配合；

为了便于理解，给出图1中XY方向偏转底座2和XZ方向偏转底座4的拆分图，如图3所示，XZ方向偏转电机5与XZ方向偏转底座4固定连接，XZ方向偏转电机5的推力端5A穿过XZ方向偏转底座4中的第四贯穿孔12与XY方向偏转底座2沿X轴方向的一端保持接触状态，XY方向偏转底座2沿X轴方向的另一端通过第二转轴结构13与XZ方向偏转底座4转动连接；XZ方向偏转电机5穿过XZ方向偏转底座4的部分与第四贯穿孔12间隙配合，第四贯穿孔12的中心轴沿Z轴方向；第二转轴结构13的中心轴沿Y轴方向，第二转轴结构13由第二固定轴14与第二轴承15过盈配合组成，第二固定轴14与XY方向偏转底座2中的第五贯穿孔16过渡配合，第二轴承15与XZ方向偏转底座4中的第六贯穿孔17过渡配合；

如图1所示，XZ方向偏转电机5与XY方向偏转电机3位于XY方向偏转底座2与XZ方向偏转底座4沿X轴方向的同一端，第一转轴结构7与第二转轴结构13位于XY方向偏转底座2与XZ方向偏转底座4沿X轴方向的同一端；如图4所示，压电陶瓷底座1与XY方向偏转底座2在设置XY方向偏转电机3的一端通过第一拉伸弹簧18连接，XY方向偏转底座2连接第一拉伸弹簧18的连接点比压电陶瓷底座1连接第一拉伸弹簧18的连接点靠近XY方向偏转电机3；XY方向偏转底座2与XZ方向偏转底座4在设置XY方向偏转电机3的一端通过第二拉伸弹簧19连接，XZ方向偏转底座4连接第二拉伸弹簧19的连接点比XY方向偏转底座2连接第二拉伸弹簧19的连接点靠近XY方向偏转电机3。

本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置，XY方向偏转电机的伸缩带动压电陶瓷底座在XY平面以第一固定轴为中心作有限幅度的圆周偏转运动，XZ方向偏转电机的伸缩带动XY方向偏转底座在XZ平面以第二固定轴为中心作有限幅度的圆周偏转运动，可以实现对干涉仪用压电陶瓷的俯仰偏转姿态和水平偏转姿态两个维度的角度偏转进行精准电动调节，偏转调节的精度高，偏转角度可达±4°，并且，整体结构紧凑，便于集成。由于干涉条纹的姿态调整由参考镜的偏转实现，压电陶瓷与参考镜固定在一起，因此，上述干涉仪用压电陶瓷控制装置可以实现对干涉条纹的幅度和偏转角度的精准电动调节。

在具体实施时，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，压电陶瓷底座为固定压电陶瓷的基准座，是偏转电机对压电陶瓷施加作用力的承受结构。

在具体实施时，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，第一轴承与第二轴承可以采用高精度轴承，高精度轴承可以输出连续平稳的角度偏转，在偏转的垂直面上不会产生跳动，减小偏转角度误差。

在具体实施时，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，XY方向偏转电机可以为直线步进电机。如图1和图2所示，XY方向偏转电机3的推力端3A与压电陶瓷底座1的一端保持接触状态，以传递XY方向偏转电机3输出的位移，压电陶瓷底座1的另一端通过第一转轴结构7与XY方向偏转底座2转动连接。当XY方向偏转电机3伸长时，压电陶瓷底座1在XY方向偏转电机3的推动下，形成压电陶瓷底座1绕第一固定轴8旋转的机械结构，压电陶瓷底座1只能在XY平面作有限幅度的圆周偏转运动；当XY方向偏转电机3缩短时，为了使压电陶瓷精确复位，避免回程误差，需要保证XY方向偏转电机3的推力端与压电陶瓷底座1的配合面紧密相贴，因此，如图4所示，采用第一拉伸弹簧18将压电陶瓷底座1与XY方向偏转底座2相连，这样，在XY方向偏转电机3的推力端回缩时，第一拉伸弹簧18可以向压电陶瓷底座1提供回复力(拉力)，使XY方向偏转电机3的推力端3A与压电陶瓷底座1的配合面同步动作，减小误差，实现实时精确调节；综上，XY方向偏转电机3的伸缩带动压电陶瓷底座1在XY平面以第一固定轴8为中心作有限幅度的圆周偏转运动。上述结构的优点在于，XY方向偏转电机3并不直接作用于压电陶瓷本身，可以避免对压电陶瓷产生影响，并且，第一转轴结构7和第一拉伸弹簧18可以保证偏转过程的平顺性，减小偏转和回程误差，此外，还可以增加旋转轴(即第一固定轴)到着力点的距离，对于同等的电机输出步进量，可以获得更小的角度偏转，从而可以提高整个结构的角度分辨率。

在具体实施时，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，XZ方向偏转电机可以为直线步进电机。如图1和3所示，XZ方向偏转电机5的推力端5A与XY方向偏转底座2的一端保持接触状态，以传递XZ方向偏转电机5输出的位移，XY方向偏转底座2的另一端通过第二转轴结构13与XZ方向偏转底座4转动连接。当XZ方向偏转电机5伸长时，XY方向偏转底座2在XZ方向偏转电机5的推动下，形成XY方向偏转底2座绕第二固定轴14旋转的机械结构，XY方向偏转底座2只能在XZ平面作有限幅度的圆周偏转运动；当XZ方向偏转电机5缩短时，为了使压电陶瓷精确复位，避免回程误差，需要保证XZ方向偏转电机5的推力端与XY方向偏转底座2的配合面紧密相贴，因此，如图4所示，采用第二拉伸弹簧19将XY方向偏转底座2与XZ方向偏转底座4相连，这样，在XZ方向偏转电机5的推力端回缩时，第二拉伸弹簧19可以向XY方向偏转底座2提供回复力(拉力)，使XZ方向偏转电机5的推力端5A与XY方向偏转底座2的配合面同步动作，减小误差，实现实时精确调节；综上，XZ方向偏转电机5的伸缩带动XY方向偏转底座2在XZ平面以第二固定轴19为中心作有限幅度的圆周偏转运动。上述结构的优点在于，XZ方向偏转电机5并不直接作用于压电陶瓷本身，可以避免对压电陶瓷产生影响，并且，第二转轴结构13和第二拉伸弹簧19可以保证偏转过程的平顺性，减小偏转和回程误差，此外，还可以增加旋转轴(即第二固定轴)到着力点的距离，对于同等的电机输出步进量，可以获得更小的角度偏转，从而可以提高整个结构的角度分辨率。

在具体实施时，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，由于压电陶瓷底座在XY方向偏转电机的推动下会在XY平面进行偏转，为了更好地保证偏转过程的平顺性，如图2所示，压电陶瓷底座1与XY方向偏转底座2接触的一面设有第一凹槽(图2中未示出)，XY方向偏转底座2与压电陶瓷底座1接触的一面设有第二凹槽20；第一凹槽用于放置第一极性的磁铁21，第二凹槽20用于放置与第一极性相异的第二极性的磁铁22。由于压电陶瓷底座1内嵌的第一极性的磁铁21与XY方向偏转底座2内嵌的第二极性的磁铁22之间存在吸引力，因此，可以增加偏转过程中压电陶瓷底座1与XY方向偏转底座2接触面间的贴合力，从而可以进一步减小在偏转垂直面上的移动，更好地保证偏转过程的平顺。通过第一转轴结构、第一拉伸弹簧和磁铁组合可以保证XY平面输出连续平稳的角度偏转，减小在偏转垂直面上的跳动，减小偏转角度误差。

在具体实施时，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，由于XY方向偏转底座在XZ方向偏转电机的推动下会在重力方向(即XZ平面)进行偏转，为了更好地保证偏转过程的平顺性，如图3所示，XY方向偏转底座2与XZ方向偏转底座4接触的一面设有第三凹槽(图3中未示出)，XZ方向偏转底座4与XY方向偏转底座2接触的一面设有第四凹槽23；第三凹槽用于放置第一极性的磁铁21，第四凹槽23用于放置与第一极性相异的第二极性的磁铁22。由于XY方向偏转底座2内嵌的第一极性的磁铁21与XZ方向偏转底座4内嵌的第二极性的磁铁22之间存在吸引力，因此，可以增加偏转过程中XY方向偏转底座2与XZ方向偏转底座4接触面间的贴合力，从而可以进一步减小在偏转垂直面上的移动，更好地保证偏转过程的平顺。通过第二转轴结构、第二拉伸弹簧和磁铁组合可以保证XZ平面输出连续平稳的角度偏转，减小在偏转垂直面上的跳动，减小偏转角度误差。

在具体实施时，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，如图1所示，还可以包括：位于XZ方向偏转底座4下方的安装座24；为了便于理解，给出图1中XZ方向偏转底座4与安装座24的拆分图，如图5所示，安装座24与XZ方向偏转底座4设有中心轴沿Z轴方向的第七贯穿孔25，XZ方向偏转底座4与安装座24通过螺钉26与第七贯穿孔25的配合固定连接；安装座24设有中心轴沿X轴方向的第八贯穿孔27，安装座24通过螺钉26与第八贯穿孔27的配合将干涉仪用压电陶瓷控制装置安装在设定位置。

综上，为本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中的姿态调节装置，可以实现对压电陶瓷偏转的电动调节，调节精度高，结构紧凑。

在具体实施时，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，如图6所示，还可以包括：压电陶瓷28、探测板固定座29、参考镜座30、参考镜31、探测板32以及目标板33；其中，压电陶瓷28位于压电陶瓷底座1上且与压电陶瓷底座1固定连接，为了便于理解，给出图6中上述部件的结构图(如图7所示)以及图7的拆分图(如图8所示)，压电陶瓷28包括U型固定部34和插入U型固定部34内的条形移动部35；探测板固定座29通过螺钉26、固定套筒36和U型固定部34中的第九贯穿孔37的配合固定在U型固定部34沿X轴方向的一端(如图8所示的右端)上，并通过螺钉26和压电陶瓷底座1中的第一螺纹孔38的配合将U型固定部34固定在压电陶瓷底座1上，U型固定部34沿X轴方向的另一端(如图8所示的左端)还可以通过螺钉26、U型固定部34中的第九贯穿孔37和压电陶瓷1中的第一螺纹孔38的配合固定在压电陶瓷底座1上；在固定压电陶瓷28后，可以通过松动用于固定探测板固定座29的两个螺钉26完成对探测板32和目标板33的初始校准；参考镜座30通过螺钉26、参考镜座30中的第十贯穿孔39和条形移动部35中的第二螺纹孔40的配合固定在条形移动部35上；探测板固定座29与参考镜座30相对而置，探测板32固定在探测板固定座29面向参考镜座30的一侧，目标板33固定在参考镜座30面向探测板固定座29的一侧；参考镜31固定在参考镜座30背向探测板固定座29的一侧，具体地，参考镜31可以粘贴在参考镜座30上；如图9所示，还可以包括：主控芯片41、驱动电路42、检测电路43以及模数转换电路44；主控芯片41，用于将上位机45发送的指令发送给驱动电路42；驱动电路42，用于根据主控芯片41发送的指令，驱动压电陶瓷28产生期望位移；检测电路43，分别与探测板32和目标板33电性连接，用于检测探测板32与目标板33之间的电容，并将压电陶瓷28输出位移前后探测板32与目标板33之间电容的变化量转换为位移的变化量；模数转换电路44，用于将位移的变化量转换为数字信号作为闭环反馈信息反馈给主控芯片41；主控芯片41，还用于根据反馈的数字信号获得压电陶瓷28的实际位移，通过对比实际位移与期望位移，调整施加在压电陶瓷28上的电压值。探测板和目标板构成电容传感器，连同主控芯片、驱动电路、检测电路以及模数转换电路一起构成闭环反馈装置，通过采用闭环反馈机制对压电陶瓷进行闭环反馈控制，可以使压电陶瓷输出高精度位移，有效抑制压电陶瓷的蠕动和迟滞现象，保证干涉仪获取高精度的原始数据。

在具体实施时，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，探测板和目标板构成平板式电容传感器，该平板式电容传感器为变极距型传感器，通过平板间的间距进行测量，探测板为定极板，目标板为动极板，实际测量过程中，压电陶瓷伸缩会带动目标板移动，导致两个极板之间的间距发生变化，进而导致两个极板之间的电容发生变化，通过解算电容的变化量完成测量。

在具体实施时，在本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中，如图10所示，驱动电路42，可以包括：数模转换电路46和高压运放电路47；其中，数模转换电路46，用于将主控芯片41发送的指令转换为模拟电压；高压运放电路47，用于将模拟电压进行功率和电压放大后施加在压电陶瓷28上。

下面对本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置中的各参数进行详细说明。压电陶瓷的行程可以为30μm，压电陶瓷的理论输出电压的分辨率可以为3.33mV，驱动电路的电压分辨率可以为1.5mV，驱动电路的输出电压可以为0-100V，数模转换电路的精度可以为1μV，高压运放电路的输出电压可以为0-100V连续可调，放大倍数可以为10倍，电容传感器的变化范围可以为3.1pF-9.4pF，最终可以实现压电陶瓷的2nm的位移精度。

具体地，高压运放电路可以采用复合放大电路来实现，如图11所示，前置放大器采用输入失调电压较小的放大器，以降低第一级运放的失调电压在整个电路中的比重。选择大功率运放作为后一级运放，获得可持续输出的高电流和高电压。电路的最大输入失调电压为4μV。在后一级运放的输出端添加限流电阻以限制芯片工作在安全区。由于压电陶瓷等同于容性负载，如果相移过大，会产生震荡现象。该电路可以对电容进行补偿，克服这种现象的产生。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种干涉仪用压电陶瓷控制装置的控制方法，如图12所示，包括如下步骤：

S1：主控芯片将上位机发送的指令发送给驱动电路；

S2：驱动电路根据主控芯片发送的指令，驱动压电陶瓷产生期望位移；

S3：检测电路检测探测板与目标板之间的电容，并将压电陶瓷输出位移前后，探测板与目标板之间电容的变化量转换为位移的变化量；

S4：模数转换电路将位移的变化量转换为数字信号反馈给主控芯片；

S5：主控芯片根据反馈的数字信号获得压电陶瓷的实际位移，通过对比实际位移与期望位移，调整施加在压电陶瓷上的电压值。

本发明提供的上述控制方法，通过采用闭环反馈机制对压电陶瓷进行闭环反馈控制，可以使压电陶瓷输出高精度位移，有效抑制压电陶瓷的蠕动和迟滞现象，保证干涉仪获取高精度的原始数据。

在具体实施时，在执行本发明提供的上述控制方法中的步骤S2，驱动电路根据主控芯片发送的指令，驱动压电陶瓷产生期望位移时，如图13所示，具体可以包括如下步骤：

S21：数模转换电路将主控芯片发送的指令转换为模拟电压；

S22：高压运放电路将模拟电压进行功率和电压放大后施加在压电陶瓷上。

本发明提供的上述干涉仪用压电陶瓷控制装置及其控制方法，XY方向偏转电机的伸缩带动压电陶瓷底座在XY平面以第一固定轴为中心作有限幅度的圆周偏转运动，XZ方向偏转电机的伸缩带动XY方向偏转底座在XZ平面以第二固定轴为中心作有限幅度的圆周偏转运动，可以实现对干涉仪用压电陶瓷的俯仰偏转姿态和水平偏转姿态两个维度的角度偏转进行精准电动调节，偏转调节的精度高，偏转角度可达±4°，并且，整体结构紧凑，便于集成。由于干涉条纹的姿态调整由参考镜的偏转实现，压电陶瓷与参考镜固定在一起，因此，上述干涉仪用压电陶瓷控制装置可以实现对干涉条纹的幅度和偏转角度的精准电动调节。通过采用闭环反馈机制对压电陶瓷进行闭环反馈控制，可以使压电陶瓷输出高精度位移，有效抑制压电陶瓷的蠕动和迟滞现象，保证干涉仪获取高精度的原始数据。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种干涉仪用压电陶瓷控制装置，其特征在于，包括：用于承载、固定压电陶瓷的压电陶瓷底座、位于所述压电陶瓷底座下方的XY方向偏转底座、XY方向偏转电机、位于所述XY方向偏转底座下方的XZ方向偏转底座、XZ方向偏转电机；其中，

所述XY方向偏转电机与所述XY方向偏转底座固定连接，所述XY方向偏转电机的推力端穿过所述XY方向偏转底座中的第一贯穿孔与所述压电陶瓷底座沿X轴方向的一端保持接触状态，所述压电陶瓷底座沿X轴方向的另一端通过第一转轴结构与所述XY方向偏转底座转动连接；所述XY方向偏转电机穿过所述XY方向偏转底座的部分与所述第一贯穿孔间隙配合，所述第一贯穿孔的中心轴沿Y轴方向；所述第一转轴结构的中心轴沿Z轴方向，所述第一转轴结构由第一固定轴与第一轴承过盈配合组成，所述第一固定轴与所述压电陶瓷底座中的第二贯穿孔过渡配合，所述第一轴承与所述XY方向偏转底座中的第三贯穿孔过渡配合；

所述XZ方向偏转电机与所述XZ方向偏转底座固定连接，所述XZ方向偏转电机的推力端穿过所述XZ方向偏转底座中的第四贯穿孔与所述XY方向偏转底座沿X轴方向的一端保持接触状态，所述XY方向偏转底座沿X轴方向的另一端通过第二转轴结构与所述XZ方向偏转底座转动连接；所述XZ方向偏转电机穿过所述XZ方向偏转底座的部分与所述第四贯穿孔间隙配合，所述第四贯穿孔的中心轴沿Z轴方向；所述第二转轴结构的中心轴沿Y轴方向，所述第二转轴结构由第二固定轴与第二轴承过盈配合组成，所述第二固定轴与所述XY方向偏转底座中的第五贯穿孔过渡配合，所述第二轴承与所述XZ方向偏转底座中的第六贯穿孔过渡配合；

所述XZ方向偏转电机与所述XY方向偏转电机位于所述XY方向偏转底座与所述XZ方向偏转底座沿X轴方向的同一端，所述第一转轴结构与所述第二转轴结构位于所述XY方向偏转底座与所述XZ方向偏转底座沿X轴方向的同一端；所述压电陶瓷底座与所述XY方向偏转底座在设置所述XY方向偏转电机的一端通过第一拉伸弹簧连接，所述XY方向偏转底座连接所述第一拉伸弹簧的连接点比所述压电陶瓷底座连接所述第一拉伸弹簧的连接点靠近所述XY方向偏转电机；所述XY方向偏转底座与XZ方向偏转底座在设置所述XY方向偏转电机的一端通过第二拉伸弹簧连接，所述XZ方向偏转底座连接所述第二拉伸弹簧的连接点比所述XY方向偏转底座连接所述第二拉伸弹簧的连接点靠近所述XY方向偏转电机。

2.如权利要求1所述的干涉仪用压电陶瓷控制装置，其特征在于，所述压电陶瓷底座与所述XY方向偏转底座接触的一面设有第一凹槽，所述XY方向偏转底座与所述压电陶瓷底座接触的一面设有第二凹槽；

所述第一凹槽用于放置第一极性的磁铁，所述第二凹槽用于放置与第一极性相异的第二极性的磁铁。

3.如权利要求1所述的干涉仪用压电陶瓷控制装置，其特征在于，所述XY方向偏转底座与所述XZ方向偏转底座接触的一面设有第三凹槽，所述XZ方向偏转底座与所述XY方向偏转底座接触的一面设有第四凹槽；

所述第三凹槽用于放置第一极性的磁铁，所述第四凹槽用于放置与第一极性相异的第二极性的磁铁。

4.如权利要求1所述的干涉仪用压电陶瓷控制装置，其特征在于，还包括：位于所述XZ方向偏转底座下方的安装座；

所述安装座与所述XZ方向偏转底座设有中心轴沿Z轴方向的第七贯穿孔，所述XZ方向偏转底座与所述安装座通过螺钉与所述第七贯穿孔的配合固定连接；

所述安装座设有中心轴沿X轴方向的第八贯穿孔，所述安装座通过螺钉与所述第八贯穿孔的配合将所述干涉仪用压电陶瓷控制装置安装在设定位置。

5.如权利要求1-4任一项所述的干涉仪用压电陶瓷控制装置，其特征在于，还包括：压电陶瓷、探测板固定座、参考镜座、参考镜、探测板、目标板、主控芯片、驱动电路、检测电路以及模数转换电路；其中，

所述压电陶瓷位于所述压电陶瓷底座上且与所述压电陶瓷底座固定连接，包括U型固定部和插入所述U型固定部内的条形移动部；所述探测板固定座通过螺钉、固定套筒和U型固定部中的第九贯穿孔的配合固定在所述U型固定部上，并通过螺钉和压电陶瓷底座中的第一螺纹孔的配合将所述U型固定部固定在所述压电陶瓷底座上；所述参考镜座通过螺钉、参考镜座中的第十贯穿孔和条形移动部中的第二螺纹孔的配合固定在所述条形移动部上；所述探测板固定座与所述参考镜座相对而置，所述探测板固定在所述探测板固定座面向所述参考镜座的一侧，所述目标板固定在所述参考镜座面向所述探测板固定座的一侧；所述参考镜固定在所述参考镜座背向所述探测板固定座的一侧；

所述主控芯片，用于将上位机发送的指令发送给所述驱动电路；

所述驱动电路，用于根据所述主控芯片发送的指令，驱动所述压电陶瓷产生期望位移；

所述检测电路，分别与所述探测板和所述目标板电性连接，用于检测所述探测板与所述目标板之间的电容，并将所述压电陶瓷输出位移前后所述探测板与所述目标板之间电容的变化量转换为位移的变化量；

所述模数转换电路，用于将位移的变化量转换为数字信号反馈给主控芯片；

所述主控芯片，还用于根据反馈的数字信号获得所述压电陶瓷的实际位移，通过对比所述实际位移与所述期望位移，调整施加在所述压电陶瓷上的电压值。

6.如权利要求5所述的干涉仪用压电陶瓷控制装置，其特征在于，所述驱动电路，包括：数模转换电路和高压运放电路；其中，

所述数模转换电路，用于将所述主控芯片发送的指令转换为模拟电压；

所述高压运放电路，用于将所述模拟电压进行功率和电压放大后施加在所述压电陶瓷上。

7.一种如权利要求5或6所述的干涉仪用压电陶瓷控制装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：主控芯片将上位机发送的指令发送给驱动电路；

S2：驱动电路根据主控芯片发送的指令，驱动压电陶瓷产生期望位移；

S3：检测电路检测探测板与目标板之间的电容，并将压电陶瓷输出位移前后，探测板与目标板之间电容的变化量转换为位移的变化量；

S4：模数转换电路将位移的变化量转换为数字信号反馈给主控芯片；

S5：主控芯片根据反馈的数字信号获得压电陶瓷的实际位移，通过对比实际位移与期望位移，调整施加在压电陶瓷上的电压值。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤S2，驱动电路根据主控芯片发送的指令，驱动压电陶瓷产生期望位移，具体包括如下步骤：

S21：数模转换电路将主控芯片发送的指令转换为模拟电压；

S22：高压运放电路将模拟电压进行功率和电压放大后施加在压电陶瓷上。