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压电陶瓷弯曲片在光纤切割、探针扫描、微型旋转台中的应用

压电陶瓷弯曲片是可以产生弯曲运动的压电陶瓷片,它的构成材料是PZT锆钛酸铅,它的运动利用的是逆压电效应,通过施加电压使其产生微形变,即施加电压使压电陶瓷弯曲片产生弯曲运动。压电陶瓷弯曲片内部结构复杂,是由非常薄的陶瓷层及电极层交替叠层构成,层厚约几十微米,结构如下图所示。在将陶瓷层及电极层叠层后,将内部电极引到压电陶瓷弯曲片的表面,再进行整体共烧,成形后再印刷外部电极、极化,只有极化好的压电陶瓷弯曲片才具有产生弯曲运动的特性能力。除了压电陶瓷弯曲片一端引出的外部电极外,整个压电陶瓷弯曲片的外表面都是陶瓷绝缘的。

 

压电陶瓷弯曲片内部结构图

压电陶瓷弯曲片的一端为运动端,在施加电压后产生向上及向下的弯曲运动,压电陶瓷弯曲片的运动范围可达±1.27mm(代表双向都是1.27mm位移);在压电陶瓷弯曲片的另一端有外部电极,将引线焊接于此用于电连接,标准引线颜色为红(+极)、黑(-极)、蓝(可调电压端)。

 

 

 

压电陶瓷弯曲片

芯明天压电陶瓷弯曲片的驱动电压为-100V~+100V或0~200V,两种驱动电压产生的运动效果是不同的。当使用-100V~+100V驱动电压控制压电陶瓷弯曲片时,压电陶瓷弯曲片可产生向上及向下两个方向的弯曲运动,其中引线红、黑、蓝分别应连接+100V、-100V、-100~+100V电压端,其中蓝色引线上的正负电压的大小决定了压电陶瓷弯曲片的弯曲方向及弯曲幅度大小。当使用0~200V驱动电压控制压电陶瓷弯曲片时,压电陶瓷弯曲片可产生单方向的弯曲运动,向下的弯曲运动,其中引线红、黑、蓝分别应连接0~+200V、0V、0V电压端,其中红色引线上的电压大小决定了压电陶瓷弯曲片的弯曲幅度大小。

电压的大小与压电陶瓷弯曲片弯曲的位移幅度基本成线性关系。

   

-100V~+100V驱动时,双向弯曲

 

0~200V驱动时,单方向弯曲

压电陶瓷弯曲片的固定端即是引线端,在固定时,固定的区域在距离边缘0.5mm至3.5mm范围处。可使用机械夹持或胶粘接的方式,使用机械夹持时,要采用较软的机械夹持材料,如特氟龙,且夹持力不宜过大,约压电陶瓷弯曲片出力的5倍;在使用胶粘接时,胶线一定要薄,且涂抹区域不要超出要求的固定区域。

方形压电陶瓷弯曲片的出力一般很小,约0.4N~5.5N左右。

压电陶瓷弯曲片的体积非常小,尺寸小的约21*7.8*0.7mm,尺寸大一些的约50*7.8*1.8mm。

压电陶瓷弯曲片的静电容量非常小,约为几百纳法。因此,压电陶瓷弯曲片工作中充放电的时间就很短,因此它的运动速度会非常快,响应时间可达亚毫秒。

芯明天方形压电陶瓷弯曲片尺寸、位移及出力参数

CMBP01:尺寸21×7.8×0.7mm,位移±195μm,出力1.2N

CMBP02:尺寸21×7.8×1.3mm,位移±120μm,出力3.7N

CMBP03:尺寸21×7.8×1.8mm,位移±85μm,出力5.5N

CMBP04:尺寸32×7.8×0.7mm,位移±475μm,出力0.75N

CMBP05:尺寸32×7.8×1.3mm,位移±345μm,出力2.25N

CMBP06:尺寸32×7.8×1.8mm,位移±210μm,出力4.3N

CMBP07:尺寸50×7.8×0.7mm,位移±1270μm,出力0.4N

CMBP08:尺寸50×7.8×1.3mm,位移±850μm,出力1.6N

CMBP09:尺寸50×7.8×1.8mm,位移±635μm,出力2.9N

 

 

压电陶瓷弯曲片的应用案例

 

压电陶瓷弯曲片可用作光纤切割的工具

光纤是由玻璃或塑料纤维制成,主要用于光的传输,利用的原理是光的全反射。它的直径非常小,约头发丝的粗细。光纤切割必须保证不损坏光纤的结构,从而不影响光的传输。因此,对切割刀具及切割速度就有非常高的要求,金刚石是光纤的理想切割刀具。压电陶瓷弯曲片可带动金刚石刀具完成切割动作,且切割速度快,可保证切割面的平整。并且,压电陶瓷弯曲片的体积非常小巧,长度约20~50mm,宽度为7.8mm,厚度仅0.7~1.3mm,可有效缩小光纤切割设备的体积。

 

 

 

压电陶瓷弯曲片可用作焊线机的引线

焊线机包括金线机、铝线机、超声波焊线机,它是利用键合技术,将引线的两端分别与芯片及管脚键合,形成电气连接。焊线机主要用于LED、激光管、中小型功率三极管、集成电路及一些特殊半导体器件的引线焊接。

压电陶瓷弯曲片可用作焊线机中的引线线夹,配合高速精密工作台和键合头运动,夹持引线并使其在工作空间中完成复杂高速运动,以形成能够满足不同封装所需的线弧,最终实现电互连。

压电陶瓷弯曲片的弯曲与否,决定了引线线夹的开合,且压电陶瓷弯曲片开合的速度可达亚毫秒级,可满足引线线夹的快速开合,另外,压电陶瓷弯曲片的体积非常紧凑,非常适合焊线机上紧凑的空间要求。

 

 

压电陶瓷弯曲片可用作探针扫描

可将探针固定于压电陶瓷弯曲片的运动端,压电陶瓷弯曲片的弯曲可控制探针针尖接近待测样品表面。压电陶瓷弯曲片的弯曲幅度与所施加的电压基本成线性关系,可通过电压精确控制压电陶瓷弯曲片的弯曲位移,控制精度可达纳米量级,从而使得精确控制压电陶瓷弯曲片带载的探针的位置,非常适于操作空间非常受限的应用。压电陶瓷弯曲片控制探针扫描的方法应用非常广泛,如电化学刻蚀加工、原子力显微镜、扫描隧道显微镜等。

 

 

 

压电陶瓷弯曲片可用作驱动微型压电旋转台

 

压电陶瓷弯曲片可产生弯曲运动,经过特殊的结构设计,使压电陶瓷弯曲片的弯曲运动传递至平台,并使得平台产生旋转运动。通过驱动电压的大小同时控制4片压电陶瓷弯曲片的弯曲的幅度,压电陶瓷弯曲片的运动端与转动平台的支杆铰链相连,压电陶瓷弯曲片的弯曲运动传递至支杆铰链,从而控制微型旋转台的精确转动,转动角度约几度,转动的精度可达纳弧度级。

 

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