Indice
Indice i
Elenco delle figure v
Elenco delle tabelle ix
Elenco degli acronimi x
Sommario xi
Abstract xiii
1 Introduzione 1
1.1 La piezoelettricit`a . . . . 1
1.1.1 Cenni storici . . . . 2
1.1.2 Il meccanismo . . . . 3
1.1.3 La trattazione matematica in forma ridotta . . . . 4
1.2 Sistemi di nanoposizionamento . . . . 8
1.2.1 Caratteristiche dei sistemi di posizionamento piezoelettrici . . . . 8
1.2.2 Applicazioni dei sistemi di posizionamento piezoelettrici . . . . 10
1.2.3 Caratteristiche di utilizzo degli attuatori piezoelettici . . . . . 11
1.3 L’interferometro di Michelson . . . . 12
1.3.1 La struttura generale dell’interferometro di Michelson . . . . . 12
1.3.2 La teoria dell’interferenza . . . . 14
2 I motori piezoelettrici 17 2.1 Introduzione ai piezomotori . . . . 17
2.1.1 Stato dell’arte . . . . 17
Indice
2.1.2 Meccanismi di bloccaggio . . . . 19
2.1.3 Il passo tipico dei motori a tre gruppi di cristalli . . . . 20
2.1.4 Precisione e velocit`a . . . . 22
2.1.5 Le avanguardie . . . . 22
2.2 Piezo LEGSTM . . . . 23
2.2.1 Principio di pilotaggio delle Piezo LEGSTM . . . . 23
2.2.2 Principio di movimento delle Piezo LEGSTM . . . . 27
2.2.3 Pilotare il motore Piezo LEGSTM . . . . 29
2.2.4 La struttura del motore Piezo LEGSTM . . . . 30
3 Il sistema realizzato 32 3.1 Introduzione alla strategia di pilotaggio . . . . 32
3.1.1 Panoramica sulle forme d’onda . . . . 32
3.1.2 Le onde trapezoidali . . . . 35
3.1.3 Studio sulla generazione delle onde trapezoidali . . . . 38
3.1.4 Algoritmo di generazione delle onde trapezoidali . . . . 45
3.1.5 Ottimizzazione dell’algoritmo di generazione delle onde trapezoidali . . . . 51
3.2 Composizione del sistema realizzato . . . . 51
3.3 La parte software . . . . 52
3.3.1 Il modulo DLP-2232PB . . . . 53
3.3.2 Il PC . . . . 62
3.4 La parte elettronica . . . . 67
3.4.1 L’alimentatore . . . . 67
3.4.2 Il driver del piezomotore . . . . 70
3.4.3 Condizionamento dell’interferometro . . . . 76
3.5 La parte ottica . . . . 78
3.5.1 L’interferometro realizzato . . . . 79
4 Le misure 88 4.1 La procedura . . . . 88
4.1.1 Preliminari . . . . 88
4.1.2 L’interpretazione della risposta interferometrica . . . . 89
4.1.3 L’interpretazione dei grafici . . . . 90
4.1.4 Le condizioni . . . . 91
4.2 L’elaborazione dei dati . . . . 91
ii
Indice
4.2.1 Ampiezza della finestra mobile . . . . 93
4.3 Le prove . . . . 93
4.3.1 Analisi dello sfasamento . . . . 93
4.3.2 Analisi della risoluzione . . . . 96
4.3.3 Analisi della direzione . . . 100
4.3.4 Analisi del mantenimento della posizione . . . 102
4.3.5 Analisi della ripetibilit`a su un ampio intervallo di spostamento . . . 106
4.4 Le fonti di errori . . . 106
4.4.1 Errori di misura . . . 107
4.4.2 Errori sull’elaborazione dei dati . . . 108
4.5 Risultati ottenuti . . . 108
A I domini di Weiss 109 B Effetto piezoelettrico 112 B.1 Equazioni costitutive . . . 112
B.1.1 Equazioni costitutive di un materiale dielettrico . . . 112
B.1.2 Equazioni costitutive piezoelettriche . . . 113
B.1.3 Sistemi di equazioni costitutive piezoelettriche . . . 116
B.2 Relazione tra d e ˜d . . . 118
B.3 Modello monodimensionale di un solido piezoelettrico . . . 119
B.3.1 Generalit`a . . . 119
B.3.2 Condizioni di equilibrio . . . 120
B.3.3 Modello di solido non piezoelettrico . . . 122
B.3.4 Modello di solido piezoelettrico . . . 125
C Ossido di alluminio 128 C.1 Propriet`a meccaniche ed elettriche . . . 128
C.2 Propriet`a chimico-fisiche . . . 129
C.3 Il processo produttivo . . . 130
C.4 Caratteristiche principali . . . 131
D I codici sorgenti 132 D.1 Codice C . . . 133
D.1.1 I parametri richiesti . . . 133
iii
Indice
D.1.2 La forma d’onda generata . . . 136
D.1.3 Il listato in linguaggio C . . . 137
D.2 Codice ASM . . . 168
D.2.1 Le funzioni . . . 168
D.2.2 Il listato in linguaggio ASM . . . 168
E I grafici 189 E.1 Studio sullo sfasamento . . . 189
E.2 Studio sulla risoluzione . . . 197
E.3 Studio sulla direzione . . . 203
E.4 Studio sul mantenimento della posizione . . . 205
E.5 Studio sulla ripetibilit`a su un ampio intervallo di spostamento . . . . 207
F I datasheet 210
Conclusioni 226
Summary 228
Bibliografia 230
iv
