偏置器的电路设计原理

2017-07-07 09:57:45      点击:

偏置器在工作状态下,通常需要两组外加磁场,一组为偏置磁场,以确保超磁致伸缩材料工作在良好的线性区;另一组是驱动磁场,通过调整该磁场强度的大小使得材料发生相应的应变,以产生不同的驱动输出行程,进而达到对超磁致伸缩驱动器的动态控制。随着超精密加工及驱动技术向高精度、宽行程、高频响和智能化发展的趋势,采用新型功能材料设计超精密偏置器一直是超精密加工和领域的研究热点。是一种新型的更加高效磁能-机械能的转换材料,其具有大应变、强力和高功率密度及高精度、快速响应和高可靠性等优点。
 

  设计原理

 

  偏置器工作在该区间可获得较大的行程和良好的控制。因此,对于微驱动器中的超磁致伸缩材料,必须提供一个偏置磁场使其初始工作状态移到这个线性工作区间,另外再施加一个驱动磁场来控制微驱动器的驱动行程变化。对偏置器中的超磁致伸缩棒的磁场偏置和驱动形式主要有两种:

 

  1.则是采用永磁铁代替线圈对超磁致伸缩棒进行偏置。两者的偏置磁场均匀性都较好,前者的结构比较简单,控制较灵活,但若线圈效率低,则存在能耗高和发热量大的问题。而后者结构设计较复杂,控制灵活性不高,但能耗相对较小,偏置水平较高。

 

  2.是纯线圈偏置与驱动形式,即采用两组线圈分别接通电流而产生偏置磁场和驱动磁场

 

  由偏置设计要求和超磁致伸缩材料特性曲线,可以设计出微驱动器的大致结构,然后根据驱动结构参数,在结合材料特性参数,可以估算出偏置和驱动线圈的安匝数,然后根据线圈中心磁场强度的大小要求,估算偏置与驱动线圈的匝数和通过的输出控制电流的大小和范围。

 

  为了简化控制,使得控制电压ur与输出负载电流成为简单线性关系,应恰当选择r1r3rs的阻值。已知估算的输出电流范围为±5a,为了尽量减少取样电阻rs消耗的功率,其阻值应取得尽量小,因此可取值为0.1ω的绕线电阻及实现灵活和直观的驱动控制,电流源采用lpc2132arm作为主控芯片,并连接da输出电路、按键输入、液晶显示等功能部件。