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特性則是蠕變特性。給壓電陶瓷施加一個電壓，壓電陶瓷會立即隨之伸長產生相應的位移，在隨后很長的一段時間里壓電陶瓷長度會繼續產生微小的伸長形變，我們將后續微小的長度形變稱之為蠕變，蠕變量可以通過以下公式計算。

壓電陶瓷的蠕變系數大概為1%-2% 。

蠕變量取決于壓電陶瓷總體的位移、蠕變系數、外部的負載、時間等。蠕變也可以理解為取決于時間的對數。

靜態或準靜態操作下的蠕變 我們通過實驗對芯明天PSt150/5X5/60 進行測試，得到蠕變曲線圖如下：

PSt150/5X5/60蠕變特性圖

 在這個實驗中，蠕變系數,值取決于壓電材料、結構以及環境條件（例如負載力）。在10s時的蠕變量為1.2μm，100s時的蠕變量為1.8μm。當位移（電壓）停止幾秒鐘之后，蠕變實際上也跟著停止。

動態操作下的蠕變

當采用周期信號驅動壓電陶瓷的時候，蠕變特性不會破壞壓電陶瓷峰峰值的重復定位精度，這是因為蠕變特性有很強的時間決定性，蠕變量在每個正弦周期幾乎相同。

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壓電陶瓷進行驅動，正弦信號滿幅值位移為20μm，峰峰值的重復定位精度優于20nm，大概為滿幅值的0.1%。

我們可以得出在動態操作情況下，即使不采用閉環，壓電陶瓷位移的峰峰值也可以實現很高的重復定位精度，此時的重復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0.2mV。

如果工作在靜態或準靜態的條件下，蠕變特性對定位精度會有一定的影響，這時我們可以采用閉環版本的壓電陶瓷及控制器，即壓電促動器內置高精度傳感器，可以實時檢測位置信號并反饋給壓電控制器，壓電控制器通過PID算法對電壓進行實時調整從而修正位移，實現滿幅值0.05%的重復定位精度。

芯明天閉環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，除了標準化產品，我們還提供壓電控制器定制服務。