電容負載存在及類型檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及電容負載，例如包含促動器的壓電致動器，且特定地說，涉及一種用于檢測連接到功率驅(qū)動器的電容負載的存在及類型的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電致動器通常用于要求物體的分辨率極高且移動可控的運動控制系統(tǒng)中。例如，此類裝置通常用于光學(xué)測量系統(tǒng)中以執(zhí)行平臺、底座及其它組件的極精確且可控旋轉(zhuǎn)移動。作為Newport Corporat1n的部分的New Focus?制造且營銷通常用于各種光學(xué)應(yīng)用中的稱作Picomotor?的壓電致動器。此后，壓電致動器將稱作Picomotor ?。在使用中，Picomotor?可實現(xiàn)小到或小于0.6毫弧度(mrad)的旋轉(zhuǎn)移動。Picomotor ?的另一優(yōu)點是:其能夠在其斷電且隨后再次通電時保持其最后的位置。
[0003]通常，Picomotor?及類似壓電致動器是用相對較高的電壓源驅(qū)動。例如，一些壓電致動器是用具有大約120伏特的峰值的驅(qū)動電壓驅(qū)動。驅(qū)動電壓致動壓電材料且使所述材料以直線方向膨脹。轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)輪是以摩擦力耦合到壓電材料。例如，Picomotor?使用動態(tài)及靜態(tài)摩擦的原理以使轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)輪以指定方向旋轉(zhuǎn)。通常呈現(xiàn)定義脈沖的形式的驅(qū)動電壓波形通常經(jīng)配置以使轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)輪以所需順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
[0004]例如，如果驅(qū)動電壓波形具有相對較緩慢上升邊沿及相對較快速下降邊沿，那么轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)輪將在上升邊沿期間歸因于顯著的摩擦力而旋轉(zhuǎn)，且在下降邊沿期間歸因于滑動而實質(zhì)上不能旋轉(zhuǎn)。相反地，如果驅(qū)動電壓波形具有相對較快速上升邊沿及相對較緩慢下降邊沿，那么轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)輪將在上升邊沿期間歸因于滑動而實質(zhì)上不能旋轉(zhuǎn)，且在下降邊沿期間旋轉(zhuǎn)。
[0005]通常，在此類運動控制系統(tǒng)中，將希望確定Picomotor?是否連接到驅(qū)動電壓源或功率驅(qū)動器。出于許多原因，Picomotor?可例如由于錯誤布線或連接器斷開而變?yōu)榕c功率驅(qū)動器斷開。由于驅(qū)動這些類型的壓電致動器涉及相對較高電壓，錯誤布線及斷開連接器可對用戶具有固有危險。因此，此類運動控制系統(tǒng)將希望在Picomotor?未連接到功率驅(qū)動器時警告用戶及/或執(zhí)行某個其它安全操作。
[0006]此外，在此類運動控制系統(tǒng)中，將希望確定連接到功率驅(qū)動器的Picomotor?的類型。某些類型的Picomotor?具有某些限制，且應(yīng)以特定方式操作。例如，第一類型或標(biāo)準(zhǔn)的Picomotor?可以遠高于第二類型或微型Picomotor ?的最大脈沖速率的脈沖速率驅(qū)動。如果施加于第二類型或微型Picomotor?的脈沖速率顯著超過其最大脈沖速率，那么Picomotor?可發(fā)生不可逆的損壞。
[0007]因此，需要檢測可耦合到功率驅(qū)動器的電容負載(例如壓電致動器和Picomotor?)的存在及類型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一方面涉及一種用于確定電容負載是否連接到功率驅(qū)動器且如果連接那么確定電容負載的類型的系統(tǒng)。電容負載的實例包含壓電致動器及Picomotor?。不同類型的Picomotor?的實例包含標(biāo)準(zhǔn)的Picomotor ?及微型Picomotor ?。然而，應(yīng)了解，其它類型的電容負載可由本文中描述的技術(shù)檢測。
[0009]總之，所述系統(tǒng)包括經(jīng)配置以響應(yīng)于由功率驅(qū)動器產(chǎn)生的驅(qū)動電壓測量電容負載的特性的檢測設(shè)備或電路。通過測量電容負載的特性，檢測設(shè)備或電路能夠確定電容負載是否連接到功率驅(qū)動器，且如果連接，那么確定電容負載的類型。
[0010]在更特定實例中，檢測設(shè)備經(jīng)配置以響應(yīng)于由功率驅(qū)動器產(chǎn)生的驅(qū)動電壓測量在功率驅(qū)動器與電容負載之間流動的電流(如果有)。基于測量電流，檢測設(shè)備能夠確定電容負載是否連接到功率驅(qū)動器，且如果連接，那么確定電容負載的類型。
[0011]在一個實施例中，檢測電路包括差分放大器、第一窗口比較器、第二窗口比較器、第一寄存器、第二寄存器及微控制器。在此實施例中，檢測電路能夠通過測量連接到功率驅(qū)動器的電容負載的電容來確定電容負載的兩種類型。例如，第一類型的電容負載的電容大于第二類型的電容負載的電容。
[0012]差分放大器響應(yīng)于由功率驅(qū)動器產(chǎn)生的驅(qū)動電壓基于在功率驅(qū)動器與電容負載之間流動的電流產(chǎn)生電流相關(guān)電壓。差分放大器通過感測跨串聯(lián)耦合在功率驅(qū)動器與電容負載之間的電阻器的電壓降產(chǎn)生電流相關(guān)電壓。驅(qū)動電壓可被配置為具有前沿及后沿的脈沖，其中所述邊沿中的一者具有緩坡且另一邊沿具有陡坡?；诖蓑?qū)動電壓，電流相關(guān)電壓將展現(xiàn)出實質(zhì)上與驅(qū)動電壓的陡坡一致的尖峰。尖峰的峰值或量值取決于電容負載的電容，且用來確定存在何種類型的電容負載(如果有)。
[0013]第一窗口比較器比較電流相關(guān)電壓的峰值與第一上閾值及下閾值。第一上閾值對應(yīng)于陡坡屬于驅(qū)動電壓的前沿時，且第一下閾值對應(yīng)于陡坡屬于驅(qū)動電壓的后沿時。如果電流相關(guān)電壓的峰值超過正方向上的第一上閾值或超過負方向上的第一下閾值，那么第一窗口比較器產(chǎn)生使第一寄存器輸出高邏輯電平信號的信號；否則第一寄存器輸出低邏輯電平信號。
[0014]類似地，第二窗口比較器比較電流相關(guān)電壓的峰值與第二上閾值及下閾值。第二上閾值及下閾值具有小于第一上閾值及下閾值的量值或絕對值。類似地，第二上閾值對應(yīng)于陡坡屬于驅(qū)動電壓的前沿時，且第二下閾值對應(yīng)于陡坡屬于驅(qū)動電壓的后沿時。如果電流相關(guān)電壓的峰值超過正方向上的第二上閾值或超過負方向上的第二負閾值，那么第二窗口比較器產(chǎn)生使第二寄存器輸出高邏輯電平信號的信號；否則第二寄存器輸出低邏輯電平信號。
[0015]微控制器讀取第一寄存器及第二寄存器的輸出以確定電容負載是否連接到功率驅(qū)動器，且如果連接，那么確定電容負載的類型。例如，如果兩個寄存器均輸出低邏輯電平，那么微控制器將此解譯為沒有電容負載連接到功率驅(qū)動器，因為電流未能超過閾值中的任一者。如果第一寄存器輸出低邏輯電平且第二寄存器輸出高邏輯電平，那么微控制器將此解譯為第二類型的電容負載(例如，具有較低電容的電容負載)連接到功率驅(qū)動器，因為電流超過第二閾值中的一者，但是不超過第一閾值中的一者。如果兩個寄存器均輸出高邏輯電平，那么微控制器將此解譯為第一類型的電容負載(例如，具有較高電容的電容負載)連接到功率驅(qū)動器，因為電流超過第一閾值及第二閾值的一個集合。微控制器可基于測量結(jié)果執(zhí)行任何數(shù)目的操作。
[0016]本文中揭示的另一實施例類似于前述實施例，除了其不限于檢測兩種類型的電容負載且經(jīng)配置用于檢測N種類型的電容負載之外。因此，此實施例包括用于產(chǎn)生電流相關(guān)電壓的差分放大器、用于比較電流相關(guān)電壓的峰值與上閾值及下閾值的N個集合的N個窗口比較器、N個寄存器及一微控制器?；诩拇嫫鞯慕M合輸出處產(chǎn)生的字，微處理器確定電容負載是否連接到功率驅(qū)動器，且如果連接，那么確定N種類型中的電容負載的類型。
[0017]在本文中揭示的又另一實施例中，檢測設(shè)備包括用于整流由差分放大器產(chǎn)生的電流相關(guān)電壓或采用所述電壓的絕對值的裝置。峰值及保持放大器經(jīng)提供以保持經(jīng)整流電流相關(guān)電壓的峰值直到微控制器發(fā)出復(fù)位信號為止。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)經(jīng)提供以產(chǎn)生指示由峰值及保持放大器保持的峰值的數(shù)字字。微處理器從ADC讀取數(shù)字字，且基于數(shù)字字確定電容負載是否連接到功率驅(qū)動器，且如果連接，那么確定電容負載的類型。微處理器可采用表格來將數(shù)字字映射到電容負載的類型或指示沒有電容負載的條目。
[0018]在結(jié)合附圖考慮時根據(jù)本發(fā)明的以下詳述將明白其它方面、優(yōu)點及新穎的特征。
【附圖說明】
[0019]圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于檢測可連接到功率驅(qū)動器的電容負載的存在及類型的示范性系統(tǒng)的方框圖。
[0020]圖2A到2B說明根據(jù)本發(fā)明的另一方面的與圖1的系統(tǒng)的示范性操作相關(guān)的時序圖。
[0021]圖3說明根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于檢測可連接到功率驅(qū)動器的電容負載的存在及類型的另一示范性系統(tǒng)的方框圖。
[0022]圖4A到4B說明根據(jù)本發(fā)明的另一方面的與圖3的系統(tǒng)的示范性操作相關(guān)的時序圖。
[0023]圖5A說明根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于檢測可連接到功率驅(qū)動器的電容負載的存在及類型的又另一示范性系統(tǒng)的方框圖。
[0024]圖5B說明根據(jù)本發(fā)明的另一方面的與圖5A的系統(tǒng)的示范性操作相關(guān)的時序圖。
[0025]圖6說明根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于檢測可連接到功率驅(qū)動器的電容負載的存在及類型的又另一示范性系統(tǒng)的方框圖。
【具體實施方式】
[0026]圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于檢測可連接到功率驅(qū)動器150的電容負載152的存在及類型的示范性系統(tǒng)100的方框圖。電容負載152可包括任何類型的電容負載，其包含不同類型的壓電致動器及不同類型的Picomotor??？傊?，系統(tǒng)100包括檢測電路110，其經(jīng)配置以感測響應(yīng)于由功率驅(qū)動器150產(chǎn)生的驅(qū)動電壓Vd通過電阻器1在功率驅(qū)動器150與電容負載152之間流動的電流I，且基于測量電流I確定電容負載152的類型或電容負載152是否連接到功率驅(qū)動器150。
[0027]在此實例中，存在兩種可能