IMPULSOR PIEZOELÉCTRICO DE TIPO SLIP-STICK.

La invención se refiere a un impulsor piezoeléctrico de tipo slip-stick (oscilaciones de relajación) y un método para accionar dicho impulsor. Técnica antecedente Los impulsores de tipo slip-stick, también llamados impulsores inerciales o piezo-impulsores, comprenden un accionador piezoeléctrico que es deformado en primer lugar de una manera básicamente similar a una rampa para mover un primer miembro con respecto a un segundo miembro, con lo que la deformación se invierte rápidamente en una fase de transición, de modo que un movimiento de deslizamiento o de salto se genera entre los dos miembros debido a la inercia. En la microscopia de campo cercano, el posicionamiento en grueso de la sonda con respecto a la muestra se realiza a menudo por medio de dichos impulsores. Un lento movimiento del accionador mueve el cabezal de barrido, y un movimiento hacia atrás muy rápido hará que el accionador se deslice hacia atrás sin mover el cabezal. Para que dicho impulsor funcione apropiadamente, hay que generar rampas de tensión de varios cientos de voltios (habitualmente en de 10 V a 400 V) y bordes empinados en microsegundos. Esto requiere un impulsor que sea capaz de extraer corrientes con grandes picos del accionador. Para generar las señales de impulso eléctrico para el accionador, se han usado diferentes principios: 1) Amplificador de clase A: Se requieren transistores de potencia y un circuito impulsor especial. Éste es un diseño complejo y difícil. 2) Amplificadores operacionales de alta tensión: Dichos amplificadores tienen corrientes de salida limitadas. 3) Diseños de transformador: Solamente adecuados para piezo-motores dedicados. El documento US 2006/0186758 describe un impulsor de tipo slip-stick que usa un circuito puente con dos condensadores y un accionador. Otro ejemplo se encuentra en el documento US5969464. Descripción de la invención Por lo tanto, el problema a resolver por la presente invención es proporcionar un impulsor piezoeléctrico de tipo slipstick así como un método para accionar a dicho impulsor que permita combinar un diseño de circuitos sencillo con tiempos de conmutación rápidos durante la fase de transición. Este problema se resuelve mediante el impulsor y el método de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Por consiguiente, mientras que, en la fase de rampa, el accionador piezoeléctrico se carga con una primera carga, una segunda carga se carga en un condensador. Durante la fase de transición, una transferencia de carga entre el condensador y el accionador se inicia conectando eléctricamente los mismos, lo que permite cambiar rápidamente la carga en (y por lo tanto la tensión sobre) el accionador. El salto de tensión generado de esta manera dará origen al movimiento de deslizamiento del impulsor. Ventajosamente, y para compensar completamente el cambio de tensión durante la fase de rampa, la segunda carga es igual que pero de signo opuesto a la primera carga. El impulsor de acuerdo con la presente invención comprende dos salidas, una primera para aplicar la tensión al accionador, y una segunda para cargar el condensador. Un conmutador se usa para conectar el accionador al condensador en la fase de transición. La presente invención es particularmente adecuada para aplicaciones de posicionamiento en microscopia de campo cercano. Breve descripción de los dibujos La invención se entenderá mejor y objetos diferentes de los indicados anteriormente serán evidentes cuando se tenga en consideración la siguiente descripción detallada de la misma. Dicha descripción hace referencia a los dibujos adjuntos, en los que: La figura 1 muestra una primera realización de la invención, La figura 2 muestra los diversos rastros de tensión en la fase de inicialización, la fase de rampa y la fase de 2   transición, y La figura 3 muestra una segunda realización de la invención. Modos de realizar la invención Definiciones: La expresión impulsor piezoeléctrico de tipo slip-stick se usa para designar cualquier impulsor en el que un accionador piezoeléctrico se deforma en ciclos, comprendiendo cada ciclo una fase de rampa y una fase de transición. En la fase de rampa, el accionador se deforma lentamente, de modo que el sistema mecánico pueda seguir la deformación, mientras que, en la fase de transición, el accionador se deforma rápidamente y de forma opuesta a la deformación en la fase de rampa, de modo que el sistema mecánico, debido a la inercia, no sigue la deformación sino que en su lugar se desliza o salta a lo largo de una interfaz. En la fase de rampa, el cambio de la tensión sobre el accionador es generalmente mucho más lento que durante la fase de transición. El término rampa se usa para designar rampas lineales así como no lineales, es decir rampas que tienen pendientes constantes o no constantes. Primera realización: Una primera realización de la invención se ilustra en la figura 1, que muestra un impulsor piezoeléctrico de tipo slipstick que tiene una unidad de control 1, un impulsor 10 y un accionador piezoeléctrico 11. La unidad de control 1 controla el funcionamiento del impulsor 10. En particular, controla un convertidor analógicodigital 2 para generar una tensión Ucurr. La tensión Ucurr se suministra en una fuente de corriente controlada por tensión (VCCS) 3 que genera una corriente j definida por Ucurr. Además, la tensión Ucurr es suministrada a una fuente de corriente de inversión 4, que genera una corriente -j. Ambas fuentes de corriente controladas por tensión son amplificadores que tienen una entrada de tensión y una salida de corriente. La primera salida 12 del impulsor 10, concretamente la salida de la fuente de corriente controlada por tensión 3, está conectada a un terminal del accionador piezoeléctrico 11, cuyo otro terminal está a una tensión fija, tal como tierra analógica. La segunda salida 13 del impulsor 10, concretamente la salida de la fuente de corriente controlada por tensión 4, está conectada a un conmutador 14. El conmutador 14 puede ser, por ejemplo, un relé en estado sólido, un ensamblaje adecuado de dispositivos semiconductores, o un relé mecánico. Es un conmutador unipolar de dos direcciones que tiene dos entradas y una salida. Una salida está conectada al terminal no conectado a tierra del accionador 11, y la otra a la segunda salida 13 del impulsor 10. La posición del conmutador puede estar controlada por la unidad de control 1. La salida del conmutador 14 está conectada a un terminal de un condensador 15, con el otro terminal del condensador 15 estando aplicado a una tensión fija, tal como tierra analógica. En la presente descripción y en las reivindicaciones, se considera que el conmutador 14 y el condensador 15 están funcionalmente separados del impulsor 10, incluso aunque en una implementación real el impulsor 10, el conmutador 14 y el condensador 15 puedan formar una unidad común. El impulsor 10 comprende además un dispositivo de medición formado por un convertidor analógico-digital 16 que mide la tensión sobre el accionador 11 y suministra el valor correspondiente de vuelta a la unidad de control 1. El funcionamiento del dispositivo de la figura 1 se ilustra en la figura 2. Como puede verse, el dispositivo funciona en ciclos, con cada ciclo comprendiendo una fase de rampa R y una fase de transición T así como una fase de inicialización opcional I. En la fase de rampa R, la unidad de control 1 ajusta al conmutador 14 para conectar el condensador 15 a la segunda salida 13. En la presente realización, éste aumenta a continuación linealmente la tensión Ucurr que, a su vez, conduce a un aumento cuadrático de la tensión Upiezo sobre el accionador 11 así como a una disminución cuadrática de la tensión U Cint sobre el condensador 5. Debe observarse, no obstante, en la fase de rampa R, la tensión sobre el accionador 11 también puede aumentar (o disminuir) de diferente manera. Por ejemplo, la Ucurr podría fijarse a un valor constante, lo que conduciría a un aumento o disminución lineal de la tensión Upiezo sobre el accionador 11. Las formas para rampas adecuadas, que pueden programarse en la unidad de control 1, son conocidas por el experto en la materia. En cualquier caso, en la realización de la figura 1, la carga acumulada en el accionador 11 durante la fase de rampa es sustancialmente igual que pero opuesta a la carga en el condensador 15, dado que las corrientes j, -j en la primera y segunda salidas 12 y 13 son de igual magnitud pero de signo opuesto. La fase de rampa R viene seguida por la fase de transición T, donde la tensión Upiezo sobre el accionador 11 tendrá 3   que disminuir rápidamente. Para este fin, la unidad de control 1 fija la Ucurr en cero, llevando de este modo a las salidas 12 y 13 a un modo de alta impedancia. A continuación acciona el conmutador 14 para conectar el condensador 15 al accionador 11, que inicia una transferencia... [Seguir leyendo]

1. Un impulsor piezoeléctrico de tipo slip-stick que comprende al menos un accionador piezoeléctrico (11) y al menos un impulsor (10) para aplicar una tensión a dicho accionador (11), en el que dicho impulsor (10) está adaptado para accionar a dicho accionador (11) en ciclos, comprendiendo cada ciclo una fase de rampa (R) y una fase de transición (T), en el que, en dicha fase de rampa (R) una tensión sobre dicho accionador (11) varía mucho más lentamente que en dicha fase de transición (T), en el que dicho impulsor comprende un condensador (15) y un conmutador (14) accionable para conectar dicho condensador (15) a dicho accionador (11), iniciando de este modo una transferencia de carga entre dicho accionador (11) y dicho condensador (15) para generar dicha fase de transición (T), y en el que dicho impulsor (10) comprende una primera salida (12) para aplicar dicha tensión sobre dicho accionador (11) durante dicha fase de rampa (R) y una segunda salida (13) para cargar dicho condensador (15). 2. El impulsor de la reivindicación 1, que comprende además un primer amplificador (3, 3') conectado a dicha primera salida (12) y un segundo amplificador (4, 4') conectado a dicha segunda salida (13). 3. El impulsor de cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que, durante dicha fase de rampa (R), una corriente a través de dicha primera salida (12) es opuesta a una corriente a través de dicha segunda salida (13). 4. El impulsor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un dispositivo de medición (16, 18, R) que mide una corriente a través de dicho accionador (11) o una tensión sobre dicho accionador (11). 5. El impulsor de la reivindicación 4, que comprende una fuente de corriente (4) conectada a dicha segunda salida (13), en el que, durante dicha fase de rampa (R), dicha fuente de corriente (4) genera una corriente de igual magnitud que pero de signo opuesto a la corriente medida por dicho dispositivo de medición. 6. Un método para accionar un impulsor de tipo slip-stick que comprende al menos un accionador (11), en el que dicho accionador (11) es accionado en ciclos, comprendiendo cada ciclo una fase de rampa (R) y una fase de transición (T), en el que, en dicha fase de rampa (R) una tensión sobre dicho accionador (11) varía mucho más lentamente que en dicha fase de transición (T), comprendiendo dicho método las etapas de durante dicha fase de rampa (R), cargar a dicho accionador (11) con una primera carga y cargar a un condensador (15) con una segunda carga, y durante dicha fase de transición (T), conectar dicho accionador (11) a dicho condensador (15), accionando un conmutador (14), iniciando de este modo una transferencia de carga entre dicho accionador (11) y dicho condensador (15) para generar un salto de tensión sobre dicho accionador (11). 7. El método de la reivindicación 6, en el que, en dicha fase de rampa (R), dicho accionador (11) y dicho condensador (15) están cargados con cargas iguales pero opuestas. 8. El método de cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, en el que al menos parte de dichos ciclos comprenden una fase de inicialización (I) antes de dicha fase de rampa (R), en el que, durante al menos parte de dicha fase de inicialización, dicho accionador (11) y dicho condensador (15) están conectados y una tensión de partida deseada se aplica al accionador (11) y al condensador (15). 9. El método de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que, durante dicha fase de rampa (R), una corriente que es igual que pero opuesta a una corriente suministrada a dicho accionador (11) es suministrada a dicho condensador (15). 10. El método de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, que comprende la etapa de medir la corriente a través de o una tensión sobre dicho accionador (11) durante dicha fase de rampa (R). 11. El método de la reivindicación 10, en el que la corriente medida a través de o la tensión sobre dicho accionador (11) se usa para determinar al menos un parámetro entre el siguiente grupo: a) una temperatura de dicho accionador (11), b) una despolarización de dicho accionador (11), y c) una descarga no deseada en dicho accionador (11). 6   12. Uso del impulsor o el método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores para aplicaciones de posicionamiento en microscopia de campo cercano. 7   8   9