中科光学,飞秒激光镜片,激光晶体,微透镜阵列,隔震台,蜂窝光学平台,光谱仪,显微镜激光器,显微镜平台,光束轮廓仪,Marzhauser 联系我们
激光知识 首页 > 新闻中心 > 激光知识

压电效应在纳米压电促动器中的应用

作者:admin  时间:2024-1-8 11:55:43

压电效应:是指某些材料在机械应力作用下,其中产生的电极化强度发生改变的现象。这种与应力相关的极化强度变化,具体表现为整个材料会产生可测量的电势差,称之为正压电效应。这一现象最初是由两位法国科学家—— JacquesPierre Curie兄弟——1890年发现的。他们发现,如果对石英晶体施加机械力,就会产生电流。仅仅一年后,继科学家Gabriel Lippman的理论研究之后,兄弟俩也证明了逆压电效应的存在,即施加到晶体上的电场会致其物理变形。我们可以在许多天然的晶体材料(包括石英、酒石酸钾钠甚至人体骨骼)中观察到这一现象,而铌酸锂和锆钛酸铅(PZT)等工程材料则会表现出更明显的压电效应。纳米压电促动器的技术原理和产品特点就是利用这一原理,使用电信号激发压电层,通过将机构的一侧固定在参考底板或平台上,同时允许另一侧移动,可以创建具有极高机械刚度的亚原子分辨率的纳米压电促动器。

NPS-Z纳米压电促动器技术规格:

参数

数值

单位

最小

一般

最大

电缆长度

2000

mm

行程范围

±8

±28

um

阻断力

35000

N

谐振频率(0g负载)

8000

Hz

最大负载

500

Kg

动态参数(一般)

快速

中速

慢速

位置噪音

0.2

0.1

nmrms

误差相关

最小

一般

最大

滞后(端到端)

0.02

0.03

%

线性误差

0.01

0.02

%

Prior·Queensgate一直致力于设计、开发和制造先进的纳米定位系统,走在亚原子运动、测量和定位科学研究的前端,开创并完善了压电和电容传感技术的应用。中科光学作为Prior系列产品专业的代理商,具有丰富的经验,如果您对Prior的产品有任何的问题,可以随时联系我们。


正压电效应和逆压电效应


毫无疑问,纳米压电促动器的技术原理和产品特点就是压电效应。此现象依赖于石英和陶瓷等材料的独特晶体结构,这些材料具有非中心对称晶格结构(即原子结构不包含对称的反转中心,每个中心点的两侧结构相同)。实际上,这意味着带正电荷和带负电荷的原子的排列在整个晶体中是不均匀分布的,但在这种情况下,材料通常具有电中性平衡。

逆压电效应

当对晶体施加机械应力或应变时,其结构就会变形。因此,这一操作可有效地将原子推近或分开,改变电平衡并释放净电荷。相反,当电荷施加在晶体上时,本质上会产生“电压力”。这迫使原子移动以重新平衡其结构,晶体的大小会因此产生微小的变化。压电效应在纳米压电促动器中的应用中利用的正是这种逆压电效应。这些使用专门开发的PZT陶瓷元件stack,与导电电极交错,作为每个促动器的驱动机构。

Prior纳米压电促动器的技术原理和产品特点是系统能够精确地预测和控制每个驱动器的运动程度。不幸的是,压电材料通常会在径向上收缩,而在轴向上膨胀,由于材料成分和极化不均匀性等因素,后者在每个压电元件上并不总是均匀的。随着压电元件的膨胀,这种不均匀性会产生某种开塞钻效应,导致每个stack的末端扭曲和倾斜。

Prior的纳米定位系统就是利用压电效应的压电纳米定位系统此外,纳米压电促动器通常会产生非线性响应,可能受到温度波动的影响,引起高水平的迟滞和长期漂移,所有这些都会对精度和可重复性产生不利影响。

利用压电效应的压电纳米定位系统需要注意的是这个现象有一个重要的特征,即,这一过程是可逆的。逆压电效应 指的是这些材料在电场作用下产生变形的现象。根据电场方向、特定的材料极化方向的不同,以及该材料与相邻结构的连接方式,这种变形可能导致材料中产生拉伸或压缩的应变和应力。

逆压电效应

闭环精度和控制:

对于广大用户来说,好消息是,上述影响都可以通过Prior·Queensgate的精心设计和制造来克服。

例如,精密设计的柔性铰链可用于保持和引导压电元件的膨胀和收缩,而先进的电容反馈定位传感器和伺服装置能够以亚纳米分辨率实时测量和控制每个促动器的位置和运动。

纳米压电促动器的技术原理和产品特点也包括采用闭环控制。可精确地检测到每个促动器的实际位置,并与输入信号进行比较,然后微调以补偿差异,具有快速响应率和较短整定时间,只需几毫秒即可测量。

利用压电效应的压电纳米定位系统的闭环控制还可以解决非线性、温度波动、迟滞和漂移带来的相关的扩束问题。

NPS-Z促动器

纳米压电促动器的优点:

如上所述,尽管压电效应在纳米压电促动器中的应用有其局限性,但Prior·Queensgate可以通过闭环控制轻松克服。有了这一点,压电促动器的诸多其他优势就可以在纳米定位系统中得到充分利用。这些优势包括极其紧凑的结构,高刚度、低功耗以及出色的动态范围。

但优势并不止于此!闭环控制的压电促动器还具有高阻塞力的潜力,可以防止设备因外力过大而被锁定位置的能力。而其非磁性特性和对极端环境的适用性,使其成为低温或真空应用的理想选择。

例如,Prior·QueensgateNPS-Z促动器能够在整个行程范围内移动高达500kg的负载,阻断力为35,000N,同时具有亚纳米分辨率,滞后小于0.002%,线性误差优于0.01%


友情链接: 光电二极管(探测器) 光学镜片 激光晶体 光学平台及光机械 光学仪器 光学配件 激光光束测量仪器 激光器及附件 微透镜 衍射元件 太赫兹产品

扫一扫,立即咨询