壓電陶瓷特性之蠕變特性
蠕變特性
除了遲滯特性，影響壓電陶瓷定位精度的另外一個(gè)特性則是蠕變特性。給壓電陶瓷施加一個(gè)電壓，壓電陶瓷會(huì)立即隨之伸長(zhǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的位移，在隨后很長(zhǎng)的一段時(shí)間里壓電陶瓷長(zhǎng)度會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生微小的伸長(zhǎng)形變，我們將后續(xù)微小的長(zhǎng)度形變稱之為蠕變，蠕變量可以通過以下公式計(jì)算。
壓電陶瓷的蠕變系數(shù)大概為1%-2% 。
蠕變量取決于壓電陶瓷總體的位移、蠕變系數(shù)、外部的負(fù)載、時(shí)間等。蠕變也可以理解為取決于時(shí)間的對(duì)數(shù)。
靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)操作下的蠕變 我們通過實(shí)驗(yàn)對(duì)芯明天PSt150/5X5/60 進(jìn)行測(cè)試，得到蠕變曲線圖如下：
PSt150/5X5/60蠕變特性圖
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，蠕變系數(shù),值取決于壓電材料、結(jié)構(gòu)以及環(huán)境條件（例如負(fù)載力）。在10s時(shí)的蠕變量為1.2μm，100s時(shí)的蠕變量為1.8μm。當(dāng)位移（電壓）停止幾秒鐘之后，蠕變實(shí)際上也跟著停止。
動(dòng)態(tài)操作下的蠕變
當(dāng)采用周期信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷的時(shí)候，蠕變特性不會(huì)破壞壓電陶瓷峰峰值的重復(fù)定位精度，這是因?yàn)槿渥兲匦杂泻軓?qiáng)的時(shí)間決定性，蠕變量在每個(gè)正弦周期幾乎相同。
下圖為芯明天封裝壓電陶瓷PSt150/5/20 VS10 ，模擬式壓電陶瓷控制器對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，正弦信號(hào)滿幅值位移為20μm，峰峰值的重復(fù)定位精度優(yōu)于20nm，大概為滿幅值的0.1%。
我們可以得出在動(dòng)態(tài)操作情況下，即使不采用閉環(huán)，壓電陶瓷位移的峰峰值也可以實(shí)現(xiàn)很高的重復(fù)定位精度，此時(shí)的重復(fù)定位精度只取決于壓電控制器的性能。我們推薦芯明天的E00/E01系列模塊化控制器，分辨率可達(dá)0.2mV。
如果工作在靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的條件下，蠕變特性對(duì)定位精度會(huì)有一定的影響，這時(shí)我們可以采用閉環(huán)版本的壓電陶瓷及控制器，即壓電促動(dòng)器內(nèi)置高精度傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)位置信號(hào)并反饋給壓電控制器，壓電控制器通過PID算法對(duì)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整從而修正位移，實(shí)現(xiàn)滿幅值0.05%的重復(fù)定位精度。
芯明天閉環(huán)壓電控制器主要包括：E00/E01系列、E70系列、E52/E53系列、E72/E73系列、XE-650系列、XE-708/XE-709系列，除了標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，我們還提供壓電控制器定制服務(wù)。
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