ピエゾアクチュエーターモジュール


  • Modular Connectivity
  • Piezo Travel with Optional Feedback
  • Compatible with MAX300 and MAX600 Stages

Connector for Strain Gauge Feedback

Piezo Input
(0 - 75 V)

DRV120

The DRV120 Installed on a Thorlabs 6-Axis NanoMax Stage

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Modular Piezo Actuator

特長

  • 5 nmの分解能で20 µmのピエゾ駆動
  • 位置検出フィードバックによる閉ループ制御
  • ピエゾ制御ケーブルPAA622が付属

ピエゾアクチュエータDRV120を、NanoMax™フレクシャーステージに追加することで、さらに移動や制御が可能となります。対応するピエゾコントローラは、下の表に掲載しております。また、当社のモジュール型クイック接続アダプタと一緒に使用すると、このアクチュエータはØ9.5 mmまたはØ10 mmの取付けバレルが使用可能な全てのステージに取り付けることができます。このアクチュエータは、狭い範囲にわたって高分解能の移動を必要とする用途に適しています。DRV120は位置フィードバックしながら最大20 µm移動します。

このピエゾアクチュエータはステージと既存のアクチュエータの間に装着します。例として、右の写真では差動アクチュエータDRV3を取り付けています。このモジュール式のピエゾアクチュエータにはDRV004DRV208、そして旧製品のDRV001もご使用いただけます。

DRV120a
Travel20 µm
Piezo Voltage0 - 75 V
Resolution5 nmb
FeedbackStrain Gauge
Capacitance7.2 µF
Compatible ControllersBPC301
MPZ601
KPZ101 Combined with KSG101
  • DRV120には、他の閉ループピエゾアクチュエータおよびステージと同様にピエゾ制御ケーブルPAA622が付属します。
  • 閉ループ

Strain Gauge Pin Out

Strain Gauge Pin Out

PinDesignation
1+ 15 V
2Oscillator +
30 V
4Signal Out -
5Singal In +
6- 15 V
7Travel

Piezo Inputs

SMC

SMC

0 - 75 V

ピエゾアクチュエータの帯域幅に関するチュートリアル

多くの高速用途では、ピエゾ素子の形状変化する速度を知ることが必須となります。 ピエゾコントローラとピエゾ積層の帯域幅は、下記の数値がわかることで、計算で求められるようになります。

  1. コントローラが供給可能な最大電流量。下記で例としてとりあげられているBPCシリーズのピエゾコントローラでは、この数値は0.5 Aです。
  2. ピエゾ素子の負荷容量。容量が大きいほどシステムは遅くなります。
  3. 信号振幅の最適値(V)。この振幅がピエゾ素子の伸長寸法を決定します。
  4. ドライバの最大帯域幅。この数値は駆動負荷に依存しません。

出力コンデンサを駆動する際には、帯電と放電にそれぞれ電流が必要です。 帯電電荷の変化dV/dtはスルーレートと呼ばれています。 静電容量が大きいほど、必要とされる電流量は大きくなります。

Piezo Equation 1

例えば100 µmのピエゾ積層において静電容量が20 µFで、最大電流量が0.5 AのBPCシリーズピエゾコントローラで駆動されるとき、スルーレートは下記の数式で求められます。

Piezo Equation 2

したがって電圧が瞬間的に0 V から75 Vに変化するとき、出力電圧が75 Vに達するには3 msかかります。

注記: これらの計算式においては、ドライバの最大帯域幅は計算によって得られる帯域幅よりもずっと大きな値であり、ドライバの帯域幅は制限要因とならないことを前提としています。 なおこれらの数式が、開ループシステムにしか適用できない点にご注意ください。 閉ループモードでは、フィードバックループの応答の遅延がさらに帯域幅を制限します。

正弦波信号

システムの帯域幅は、通常は所定の振幅の正弦信号に対するシステムの応答により規定します。 正弦信号のピーク振幅がA、ピーク‐ピーク電圧がVpp、そして周波数がfの条件で駆動されているピエゾ素子については、以下の数式が成立します。

Piezo Equation 3

右の図は、時間の経過とともに変化する電圧を表しています。 スルーレートの最大値、または電圧の最大の変化は、t = 2nπ, (n=0, 1, 2,...)が成立する時点となり、右図では点 aで示されています。

Piezo Equation 4

上記の数式から下記が導出できます。

Piezo Equation 5

それゆえに下記が成立します。
Piezo Equation 6

上記の例では最大電圧(75 V)での帯域幅は下記の値になることがわかります。

Piezo Equation 7.

ピエゾが小さく、静電容量が1/10になると、結果は10倍向上して約1060 Hzとなります。 また、積層が100 µmのままであっても、ピーク‐ピーク電圧が7.5 V(10% の最大振幅値)であれば、結果は同様に10倍向上して約1060 Hzとなります。

三角波信号

ピエゾアクチュエータが三角波で駆動される場合、最大電圧がVpeakで、最小電圧が 0の時、スルーレートは勾配もしくは下記に等しくなります。

Piezo Equation 8.

あるいはf = 1/Tであるので、下記が導出できます。

Equation 9

矩形波信号

ピエゾアクチュエータが矩形波で駆動される場合、最大電圧がVpeakで、最小電圧が 0の時、スルーレートが最小の立ち上がりと立ち下がりの数値を制限します。この条件では、信号の立ち上がりまたは立ち下がりの途中では、スルーレートは勾配に等しくなります。 trが最小立ち上がり時間であるとき、下記の数式が成り立ちます。

Equation 11

この式により、下記の数式が成立することもわかります。

Equation 12.

 

ピエゾの動作や理論についてはピエゾ素子のチュートリアルをご参照ください。


Posted Comments:
bjoern.brandt  (posted 2019-01-09 12:55:55.063)
What is the maximum transferable force?
bhallewell  (posted 2019-01-17 09:56:35.0)
Response from Ben at Thorlabs: Whilst we don't hold a Max Preload Force spec for the DRV120, the actuator is designed for use with the MAX stage series. This contains a flexure design which requires a force of between 30-60N to move the stage top plate. The piezo block within the unit has a Blocking force of 1600N.
gurayamanpreet5800  (posted 2017-06-16 17:30:20.3)
I hv reuirement of Ultrasonic vibration module tht contains these specifications. This module is used for giving vibration to micro tool in micro drilling Vibration frequency, > 20 kHz Amplitude, µm:- (0.5~10) microns Ultrasonic generator:- 600W (appro)
awebber-date  (posted 2017-06-22 06:14:55.0)
Response from Alex at Thorlabs: I'm afraid this product would not be suitable for this purpose. The frequency is so high that there would be problems driving it electrically. The resonances in the mechanical structure would also cause unwanted motion.
asobolev  (posted 2013-10-04 16:04:00.717)
I can not find any data on voltage to displacement conversion for DRV181. Is it linear with coefficient = 80 microns/75 Ohms? What are the uni and bidirectional repeatabilities? Full specification would be usefull. Thanks!
msoulby  (posted 2013-10-08 04:32:00.0)
Response from Mike at Thorlabs: We do not have any calibration or look up table for this actuator. However the following information may be of use to you: At 75V the actuator will be at its maximum travel specification, i.e. 0V=0um, 75V=80um. Piezo actuation vs. voltage is approximately linear and proportional, however an open loop device such as the DRV181 will suffer from hysteresis and drift, i.e. a position approached from a low voltage will have a slightly different voltage than if approached from a high voltage. Smaller voltage increments will reduce this effect; i have contacted you with a diagram to illustrate this. Only with a closed loop system with strain gauge feedback can this hysteresis behaviour be eliminated to make the travel vs. voltage linear.
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ピエゾアクチュエーターモジュール、フィードバック付き、移動量20 µm

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
DRV120 Support Documentation
DRV120NanoMaxピエゾアクチュエータ、移動量20 µm、フィードバック付き
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