壓電陶瓷的特性及應(yīng)用舉例

壓電陶瓷的特性及應(yīng)用舉例芯明天壓電陶瓷以PZT鋯鈦酸鉛材料為主，主要利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，即通過對(duì)壓電陶瓷施加電場(chǎng)，壓電陶瓷產(chǎn)生納米級(jí)精度的致動(dòng)位移。芯明天壓電陶瓷△壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)是指壓電陶瓷受到特定方向外力的作用時(shí)，在壓電陶瓷的正負(fù)極上產(chǎn)生相反的電荷，當(dāng)外力撤去后，又緩慢恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；逆壓電效應(yīng)是指在對(duì)壓電陶瓷的極化方向上施加電壓，壓電陶瓷會(huì)隨之發(fā)生形變位移，電場(chǎng)撤去后，形變會(huì)隨之消失。

逆壓皂效應(yīng)電能（電壓）機(jī)械能（形變）正壓電效應(yīng)電能與機(jī)械能間相互轉(zhuǎn)換—甩正壓電效應(yīng)逆壓皂效應(yīng)電能（電壓）機(jī)械能（形變）正壓電效應(yīng)電能與機(jī)械能間相互轉(zhuǎn)換—甩正壓電效應(yīng)A納米級(jí)分辨率壓電陶瓷的形變量非常小，一般都小于1%，雖然形變量非常小，但可通過改變電場(chǎng)強(qiáng)度非常精確地控制形變量。壓電陶瓷是高精度致動(dòng)器，它的分辨率可達(dá)原子尺度。在實(shí)際使用中，壓電陶瓷的分辨率通常受到產(chǎn)生電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)控制器的噪聲和穩(wěn)定性的限制。顒子屋級(jí)+ 最小步進(jìn)壓電陶瓷△大出力壓電陶瓷產(chǎn)生的最大出力大小取決于壓電陶瓷的截面積，對(duì)于小尺寸的壓電陶瓷，出力通常達(dá)到數(shù)百牛頓的范圍，而對(duì)于大尺寸的壓電陶瓷，出力可達(dá)幾萬牛頓。出力N300002500020000p1500010000300002500020000p15000100005000250001500070003.5X3.5 5X5 7X7 10X10 14X14 25X25截面積mm△響應(yīng)時(shí)間快＜ms壓電陶瓷隨驅(qū)動(dòng)電壓的變化而快速伸縮，它的響應(yīng)時(shí)間即為壓電陶瓷的充電的時(shí)間，可達(dá)毫秒至亞毫秒量級(jí)。最快響應(yīng)時(shí)間取決于壓電陶瓷的諧振頻率，一般為諧振時(shí)間的1/3壓電陶瓷隨驅(qū)動(dòng)電壓的變化而快速伸縮，它的響應(yīng)時(shí)間即為壓電陶瓷的充電的時(shí)間，可達(dá)毫秒至亞毫秒量級(jí)。最快響應(yīng)時(shí)間取決于壓電陶瓷的諧振頻率，一般為諧振時(shí)間的1/3。壓電陶瓷被廣泛應(yīng)用于閥門與快門技術(shù)中。盡管壓電陶瓷具有非常高的分辨率，但它也表現(xiàn)出遲滯現(xiàn)象，即壓電陶瓷升壓曲線和降壓曲線之間存在位移差。在同一個(gè)電壓值下，上升曲線和下降曲線上的位移值有明顯的位移差，且這個(gè)位移差會(huì)隨著電壓變化范圍的改變而改變，驅(qū)動(dòng)電壓越小則位移差也會(huì)相應(yīng)越小，壓電陶瓷的遲滯一般在給定電壓對(duì)應(yīng)位移值的10%-15%左右。 0 102030405060708090100蚯/V

不同電壓下遲滯曲線△蠕變?nèi)渥兪侵府?dāng)施加在壓電陶瓷的電壓值不再變化時(shí)，位移值不是穩(wěn)定在一固定值上，而是隨著時(shí)間緩慢變化，在一定時(shí)間之后才會(huì)達(dá)到穩(wěn)定值，如右圖所示。一般10s內(nèi)蠕變量約為△開環(huán)與閉環(huán)控制開環(huán)壓電陶瓷具有遲滯及蠕變現(xiàn)象，可通過配置定位傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制，消除壓電陶瓷的遲滯與蠕變現(xiàn)象。

906D5040302010"T(V)100J906D5040302010"T(V)100J80彳70-Hl I I 1^^1 2 3 4 5 6 7 K 9 LD(rm)通過I瞬控制消除遲滯與蠕變通過使用位置傳感器和反饋控制回路消除壓電陶瓷的遲滯及滯后現(xiàn)象，使得壓電陶瓷的形變量與驅(qū)動(dòng)電壓成線性關(guān)系。輸入電壓位移壓電陶瓷壓電、放大器通過使用位置傳感器和反饋控制回路消除壓電陶瓷的遲滯及滯后現(xiàn)象，使得壓電陶瓷的形變量與驅(qū)動(dòng)電壓成線性關(guān)系。輸入電壓位移壓電陶瓷壓電、放大器位移壓電放大;開環(huán)控制閉環(huán)控制壓電陶瓷的應(yīng)用案例光纖拉伸利用壓電陶瓷的高精度位移形變，拉伸光纖，從而改變光脈沖。實(shí)際位宣壓電陶澄位移壓電放大;開環(huán)控制閉環(huán)控制壓電陶瓷的應(yīng)用案例光纖拉伸利用壓電陶瓷的高精度位移形變，拉伸光纖，從而改變光脈沖。實(shí)際位宣壓電陶澄傳感器所需位置控制電路J})光纖拉伸光纖拉伸機(jī)構(gòu)罡二J})光纖拉伸光纖拉伸機(jī)構(gòu)罡二療氐肺輛JF-P腔調(diào)諧壓電陶瓷的形變位移，可高精度的改變反射鏡或棱鏡的位置，從而精確調(diào)整光路徑。光光壓電菱堆陶輕歷獅光纖光柵解調(diào)儀F-P腔調(diào)諧壓電陶瓷的形變位移，可高精度的改變反射鏡或棱鏡的位置，從而精確調(diào)整光路徑。光光壓電菱堆陶輕歷獅光纖光柵解調(diào)儀F-P腔激光器壓電點(diǎn)膠閥壓電陶瓷的高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，改變壓電噴射閥閥門的開合，流量及點(diǎn)膠速度可