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压电陶瓷特性之蠕变特性

蠕变特性

 

除了迟滞特性,影响压电陶瓷定位精度的另外一个特性则是蠕变特性。给压电陶瓷施加一个电压,压电陶瓷会立即随之伸长产生相应的位移,在随后很长的一段时间里压电陶瓷长度会继续产生微小的伸长形变,我们将后续微小的长度形变称之为蠕变,蠕变量可以通过以下公式计算。

 

 

压电陶瓷的蠕变系数大概为1%-2% 。

 

蠕变量取决于压电陶瓷总体的位移、蠕变系数、外部的负载、时间等。蠕变也可以理解为取决于时间的对数。

静态或准静态操作下的蠕变 我们通过实验对芯明天PSt150/5X5/60 进行测试,得到蠕变曲线图如下:

 

PSt150/5X5/60蠕变特性图

 

 在这个实验中,蠕变系数,值取决于压电材料、结构以及环境条件(例如负载力)。在10s时的蠕变量为1.2μm,100s时的蠕变量为1.8μm。当位移(电压)停止几秒钟之后,蠕变实际上也跟着停止。

 

动态操作下的蠕变

 

当采用周期信号驱动压电陶瓷的时候,蠕变特性不会破坏压电陶瓷峰峰值的重复定位精度,这是因为蠕变特性有很强的时间决定性,蠕变量在每个正弦周期几乎相同。

 

下图为芯明天封装压电陶瓷PSt150/5/20 VS10 ,模拟式压电陶瓷控制器对压电陶瓷进行驱动,正弦信号满幅值位移为20μm,峰峰值的重复定位精度优于20nm,大概为满幅值的0.1%。

 

 

我们可以得出在动态操作情况下,即使不采用闭环,压电陶瓷位移的峰峰值也可以实现很高的重复定位精度,此时的重复定位精度只取决于压电控制器的性能。我们推荐芯明天的E00/E01系列模块化控制器,分辨率可达0.2mV。

 

 

如果工作在静态或准静态的条件下,蠕变特性对定位精度会有一定的影响,这时我们可以采用闭环版本的压电陶瓷及控制器,即压电促动器内置高精度传感器,可以实时检测位置信号并反馈给压电控制器,压电控制器通过PID算法对电压进行实时调整从而修正位移,实现满幅值0.05%的重复定位精度。

 

 

芯明天闭环压电控制器主要包括: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,除了标准化产品,我们还提供压电控制器定制服务。

 

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