压电驱动技术及压电驱动器的应用研究课件.pptx

压电驱动技术及压电驱动器的应用研究;;; 由此可知，压电驱动技术已经运用在MEMS、生物工程以及医疗科学等领域。此外，压电驱动技术还运用于流体驱动和噪声污染控制等领域。 ;结论：;二、压电陶瓷基础 1. 压电陶瓷概述 压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。 ;1940年以前，人们只知道两类铁电体：一类是罗息盐和酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。缺点：易溶解、低温压电性。 1942-1945年间发现BaTiO3具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，钛酸钡压电陶瓷的发现时压电材料的一个飞跃。 1947年美国用BaTiO3陶瓷制造了留声机用拾音器，日本比美国晚用了两年。BaTiO3陶瓷缺点：温度和频率的稳定性欠佳。 随着研究深入，随后又发现ABO3型铁电体和反铁电体，至此，研究进入了二元系压电陶瓷时代。其典型代表是PZT(PbTiO3-PbZrO3)。 接着产生了三元系压电陶瓷PCM，以及由此基础发展出多元系压电陶瓷。新材料的出现促进了新应用的发展，压电驱动技术有着光辉的前景。 ;2. 压电效应 压电性质是一种机械能与电能交互作用的现象，此性质是由法国居里兄弟于公元1880年研究晶体的对称性时发现的。它是一种施加应力能产生电荷，施加电场而能产生尺寸上变形的效应，称为压电效应。;正压电效应 在压电效应中由机械能转变为电能的现象就是正压电效应。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。 逆压电效应 将电能转化为机械能的现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。压电式驱动器大多是利用磁效应制成的。 ;3. 压电方程 压电材料的本构方程反映了弹性变量(应力T、应变S)和电学变量(电场E、电位移D)之间的关系。换言之，压电方程同时考虑了压电元件的力学特性和电学特性以及它们相互的耦合影响。 第一类压电方程： 式中： SE—电场E=0（或常数）时的弹性柔顺系数矩阵 εT—T=0（或常数）时的介电常数矩阵 d—压电应变系数矩阵 dt—d转置矩阵;三、压电驱动实现方式 1.直动驱动 此种驱动方式是直接由压电元件驱动，然后再用平行四边形柔性铰链机构进行位移的放大或缩小。 ; 柔性铰链特点： 结构紧凑、无间隙、无摩擦、具有较高的位移分辨率，在使用压电器件驱动的情况下，可以方便地实现0.01μm的定位精度。;应用领域： 直动式驱动器的特点是结构紧凑、连续进给、力大，但行程范围小，对驱动电路有消除或减小迟滞、蠕变、非线性的要求。一般应用于精密驱动工作台和MEMS中。 ; 性能指标：移动分辨率小于1μm；转动分辨率小于0.5μrad。 ;2.步进式驱动 步进式的工作原理是根据自然界某些爬虫类动物爬行的方法而提出的，故称为尺蠖步进式直线驱动机构，这种运动方式又称为蠕动式（inchworm type）。 ;应用领域： 步进微动机制有效地缓解了大行程和高分辨率的矛盾，能够在保持高分辨率的情况下增大微驱动器的行程，因而在纳米级微操作技术中有广泛的应用前景，适于力较大、高分辨率、大行程的场合。 ; 图为哈工大孙立宁等研制的用于光学镜面微调整的旋转驱动器原理图，E为活动镜面，F为固定转动轴，A、C为电磁式箝位机构，与E通过柔铰相连，B为压电体，驱动器可实现绕定轴顺、逆时针旋转。性能指标：行程5°；步进角0.01°；分辨率0.02″；最大步速5步/秒。 ;3.惯性冲击式驱动 惯性冲击式压电驱动机构是以压电元件为驱动源，利用电-机能量转换来形成惯性冲击力，从而产生运动的机构。 结构模型如下所示，由三部分组成：主体A、惯性块B和压电元件C。压电元件是动力部件，能够产生较大位移和较强的驱动力。主体用来支撑机构并与支撑面发生作用，通过调整它与支撑面的摩擦力大小可以改变机构的运动步长和承载能力。惯性块用来产生惯性冲击力，它的质量大小直接影响惯性冲击力的大小。 ;惯性冲击式驱动原理图;应用领域： 惯性冲击式精密驱动器由压电叠堆或单/双压电片致动，结构简单，可高频工作(1KHz以上)，适于高分辨率、大行程、力小的场合。 性能：步距:0.14 mrad；角度分辨率: