压电陶瓷物镜驱动器驱动电源技术研究

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在数字共焦显微技术中,为了获得物镜与载物台数十纳米的相对步进位移,需要通过驱动物镜与载物台的相对步进微位移,采集一系列不同截面的生物细胞的序列切片图像。而采用压电陶瓷驱动技术,可实现压电陶瓷显微物镜的微位移驱动。为发挥压电陶瓷驱动器高精度、低噪音的特点,带动物镜在竖直方向移动,其控制系统起着关键的作用,而控制系统的核心在于驱动电源的设计,通过驱动电源控制施加在压电陶瓷驱动器的端电压,便可控制压电陶瓷驱动器的微位移。   为驱动控制德国piezosystemjena公司生产的压电陶瓷物镜驱动器MIPOS100,本文重点研究其驱动电源技术,设计出控制数字共焦显微仪中压电陶瓷物镜驱动器的驱动电源,满足课题需要,推进产品国产化。   本文首先对压电陶瓷驱动器的工作原理与特性,以及应用于数字共焦显微仪时的特点做了相应的描述,并针对驱动电源的要求做出了详细的分析。其次,先后分别采用三种方案实现压电陶瓷驱动电源的设计,就每种方案的工作原理及其组成进行了详细的分析。最后,对其中的重点模块电路进行了仿真分析,分别制作出硬件实物、测试和比较。第一种为带直流转换的驱动电源,第二种为目前报道较多的误差放大式驱动电源,第三种则结合了前两种驱动电源的优点,设计出了实现数控电位器调节的驱动电源,通过一种新型的高压数控电位器的调节代替数模转换来实现输出电压的数控调节,改变了传统的电压放大加功率放大的方式,并以此项技术申请了国家发明专利。该驱动电源最终可实现对电压精密控制,输出电压可在0~210V数控可调,静态纹波最大值低于20mV,电压步进分辨率为51mV,输出峰值电流可达1.5A,为整个数字共焦显微仪控制系统的构造奠定了基础。
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