動(dòng)態(tài)操作壓電陶瓷，您需要了解這幾點(diǎn)！

感謝關(guān)注芯明天科技——壓電納米定位技術(shù)行業(yè)！

壓電陶瓷由于其壓電特性、機(jī)電耦合系數(shù)高等特點(diǎn)在科研、工業(yè)、國(guó)防等精密定位控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，其中壓電陶瓷動(dòng)態(tài)操作應(yīng)用占比較大，比如減震抑震、精密加工、精密檢測(cè)等等，需要?jiǎng)討B(tài)應(yīng)用的客戶在咨詢壓電陶瓷的時(shí)候往往希望可以獲得的使用頻率越大越好，那么壓電陶瓷到底可以實(shí)現(xiàn)多大的頻率呢？

因?yàn)橛绊戭l率的因素有很多，且應(yīng)用方式不盡相同，我們只提供壓電陶瓷在空載情況下的諧振頻率作為參考。而這一諧振頻率也就是壓電陶瓷的固有頻率并不能作為使用頻率，它所能體現(xiàn)的是壓電陶瓷的響應(yīng)時(shí)間。

針對(duì)具體的應(yīng)用，壓電陶瓷的使用頻率該如何評(píng)估呢？我們一起來了解一下:

功  率  限  制

為了延長(zhǎng)壓電陶瓷的使用壽命，我們建議客戶在安全功率范圍內(nèi)使用壓電陶瓷。

壓電陶瓷在動(dòng)態(tài)操作下會(huì)因?yàn)樯炜s過程內(nèi)部的摩擦而生熱，過熱的溫度會(huì)影響壓電陶瓷的性能，甚至導(dǎo)致壓電陶瓷的損壞。

  系統(tǒng)諧振頻率系統(tǒng)諧振頻率

壓電陶瓷在加一定負(fù)載之后，系統(tǒng)的諧振頻率會(huì)隨之降低，所以確定了外部機(jī)械負(fù)載之后需要計(jì)算系統(tǒng)的諧振頻率。系統(tǒng)諧振頻率通常采用計(jì)算公式：

動(dòng)  態(tài)  力

壓電陶瓷在動(dòng)態(tài)操作的過程中，由于壓電陶瓷的快速伸縮，會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)力，動(dòng)態(tài)力過大會(huì)導(dǎo)致壓電陶瓷在伸縮過程中受到拉力而影響使用壽命，甚至造成壓電陶瓷直接損壞。

因此動(dòng)態(tài)操作我們推薦使用加載有一定預(yù)緊力的封裝型壓電陶瓷，但是預(yù)緊力是有限的，通常為壓電陶瓷zui大負(fù)載的十分之一左右，更高頻率動(dòng)態(tài)應(yīng)用，我們接受特殊定制更大預(yù)緊力的壓電陶瓷，原則上動(dòng)態(tài)力不要超過預(yù)緊力，以保證壓電陶瓷不受動(dòng)態(tài)力引起的過大拉力的影響，使壓電陶瓷的可靠性及使用壽命得到保障。

 尤其是外部加有負(fù)載的情況下，動(dòng)態(tài)力會(huì)隨著負(fù)載增大大幅增加，更需要提前計(jì)算系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)力，以確保壓電陶瓷在安全動(dòng)態(tài)力范圍內(nèi)工作。動(dòng)態(tài)力的計(jì)算公式如下：

芯明天封裝型壓電陶瓷，例如：系統(tǒng)有效質(zhì)量為1kg，工作頻率1000Hz，位移4μm，動(dòng)態(tài)力約等于±80N。

電  流  限  制

壓電陶瓷屬于容性負(fù)載，需要足夠大的電流才能實(shí)現(xiàn)所需頻率響應(yīng)。

對(duì)于一些尺寸比較大的壓電陶瓷來說，靜電容量相對(duì)較大，想要讓其實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)，則需要足夠大供電電流的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，芯明天推出的E52壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，峰值電流可達(dá)17A。

  為什么單層壓電陶瓷可以在諧振點(diǎn)上高頻振動(dòng)呢？

我們都知道，在諧振點(diǎn)也就是固有頻率點(diǎn)上工作，壓電陶瓷可以獲得更大的位移。

單層壓電陶瓷通常使用的是其諧振頻率，目前芯明天可以提供的單層壓電陶瓷片zui大的諧振頻率可達(dá)8MHz，為什么單層壓電陶瓷可以在諧振點(diǎn)高頻振動(dòng)而疊堆壓電陶瓷卻不可以呢？ 

◎ 單層壓電陶瓷為一體式結(jié)構(gòu)壓電陶瓷，高頻振動(dòng)對(duì)于陶瓷結(jié)構(gòu)本身不會(huì)造成損壞；

◎ 相對(duì)來說，單層壓電陶瓷靜電容量較小；

◎ 疊堆壓電陶瓷是通過100um以內(nèi)的壓電陶瓷層與電極層交替粘接共燒而成，諧振點(diǎn)長(zhǎng)期振蕩會(huì)引起陶瓷層的斷裂損壞；

◎ 疊堆壓電陶瓷靜電容量較大，壓電陶瓷通過充放電來完成周期循環(huán)，用于產(chǎn)生力或者位移，無(wú)機(jī)械能存儲(chǔ)，造成很大一部分能量的損耗，變成了熱量；

單層壓電陶瓷可以選擇軟材料或硬材料來制作所需的壓電陶瓷元件，其在共振點(diǎn)上的位移會(huì)隨著材料的選擇而大不相同。

壓電陶瓷軟材料，具有非常低的質(zhì)量因子、非常高的機(jī)械阻尼，在諧振點(diǎn)位移放大小于10倍以內(nèi)，疊堆壓電陶瓷主要采用的是壓電陶瓷軟材料，而壓電陶瓷硬材料，具有低的機(jī)械阻尼，質(zhì)量因子大于1000，振蕩位移要比軟材料的壓電陶瓷大很多。

另外，選擇硬材料作為超聲應(yīng)用的單層壓電陶瓷具有很強(qiáng)的機(jī)械存儲(chǔ)能力，非常低的電-機(jī)能量轉(zhuǎn)換，機(jī)械振蕩能量大幅度疊加形成更大的振蕩幅值。然而，采用軟材料制成的壓電陶瓷在諧振點(diǎn)，積累振蕩能量的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于超聲陶瓷。