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【芯明天納米級微運(yùn)動】之【機(jī)構(gòu)放大促動器】
更新時間： 2022-08-03
壓電機(jī)構(gòu)放大促動器的命名由它的驅(qū)動動力源、結(jié)構(gòu)原理及功能相結(jié)合而來的。“壓電”指的是它的驅(qū)動源，即利用PZT壓電陶瓷來作為驅(qū)動源產(chǎn)生運(yùn)動；“機(jī)構(gòu)放大”則是通過柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)實現(xiàn)PZT壓電陶瓷位移的放大；“促動器”則是它的功能，它的移動端可以產(chǎn)生促動的作用，即用來帶載物體進(jìn)行微位移調(diào)節(jié)。壓電機(jī)構(gòu)放大促動器配備有機(jī)械固定安裝接口，可與外部負(fù)載或安裝面間直接通過螺紋進(jìn)行連接。它也可以驅(qū)動外部機(jī)械結(jié)構(gòu)，再由機(jī)械結(jié)構(gòu)完成運(yùn)動調(diào)節(jié)。機(jī)構(gòu)放大促動器與直驅(qū)壓電促動器比較
與直驅(qū)壓電促動器相比，機(jī)構(gòu)放大促動器的最大特點(diǎn)是在相同驅(qū)動源下，機(jī)構(gòu)放大促動器可實現(xiàn)更大的位移輸出。而機(jī)構(gòu)放大促動器的重復(fù)精度和分辨率與直驅(qū)式壓電促動器一樣優(yōu)良，可達(dá)到納米級。
機(jī)構(gòu)放大促動器也可承受一定拉力，也可應(yīng)用在低動態(tài)應(yīng)用中。但同樣條件下，機(jī)構(gòu)放大促動器的出力要比直驅(qū)式壓電促動器的小一些，這是因為通過放大機(jī)構(gòu)將位移放大后，相應(yīng)的損失了一定的出力。
機(jī)構(gòu)放大促動器可根據(jù)運(yùn)動方向分為兩個系列：A型（收縮型）和R型（膨脹型）。通常情況下，A型機(jī)構(gòu)放大促動器在上電時位移開始收縮，而R型則在上電時位移開始伸長。若下端固定情況下作為Z向使用時，A型機(jī)構(gòu)放大促動器則在上電時產(chǎn)生下降位移，而R型則產(chǎn)生上升位移。
根據(jù)是否配置傳感器，機(jī)構(gòu)放大促動器又分為開環(huán)（無定位反饋傳感器）和閉環(huán)（集成定位反饋傳感器）版本。開環(huán)下，PZT壓電促動器的分辨率是無限高的，只受控制設(shè)備的噪聲的限制，但是由于壓電陶瓷的遲滯和蠕變特性，使其位移重復(fù)精度和位移穩(wěn)定精度較低。但閉環(huán)版本壓電促動器，可消除遲滯和蠕變。同時，閉環(huán)版本可通過芯明天壓電控制器形成閉環(huán)控制，可實時讀取、跟蹤位移值，并可進(jìn)行實時調(diào)節(jié)。
機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器是通過機(jī)械放大結(jié)構(gòu)，將預(yù)載的低壓壓電陶瓷疊堆產(chǎn)生的位移，進(jìn)行放大輸出的促動器。機(jī)械放大結(jié)構(gòu)為橢圓形機(jī)械殼體，它的材料一般為鋼，它對壓電疊堆陶瓷除了提供優(yōu)化預(yù)緊力外，也對疊堆陶瓷起到保護(hù)作用，使其免于承受拉力，過大的拉力對壓電疊堆陶瓷會產(chǎn)生不可逆甚至致命的損壞。橢圓機(jī)械放大結(jié)構(gòu)也為用戶提供了易于集成的機(jī)械接口。
機(jī)構(gòu)放大促動器基本結(jié)構(gòu)
機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它的內(nèi)部集成PZT壓電陶瓷，外部為金屬柔性鉸鏈，上下端為移動端，并帶有螺紋孔，可用于本身的安裝和負(fù)載的安裝。
機(jī)構(gòu)放大促動器運(yùn)動原理
壓電疊堆陶瓷沿著主軸即長軸方向產(chǎn)生形變位移，而橢圓形機(jī)械結(jié)構(gòu)沿著短軸方向?qū)⑽灰七M(jìn)行放大輸出，即機(jī)構(gòu)放大壓電促動器利用機(jī)構(gòu)放大原理，將壓電陶瓷橫向伸長位移放大到軸向位移輸出。橢圓形殼體分為內(nèi)橢圓結(jié)構(gòu)（R型）與外橢圓結(jié)構(gòu)（A型），產(chǎn)生的位移方向分別為X向膨脹、X向收縮。
小體積機(jī)構(gòu)放大促動器
80N出力
66μm行程
2700Hz空載諧頻
R型小體積機(jī)構(gòu)放大促動器
41μm位移
125N出力
4100Hz空載諧頻
大出力A型機(jī)構(gòu)放大促動器
540N出力
95μm行程
350Hz空載諧頻
大位移機(jī)構(gòu)放大促動器
25N出力
400μm行程
370Hz空載諧頻
機(jī)構(gòu)放大促動器標(biāo)品基本參數(shù)
A型機(jī)構(gòu)放大促動器（外橢圓結(jié)構(gòu)）
R型機(jī)構(gòu)放大促動器（內(nèi)橢圓結(jié)構(gòu)）
機(jī)構(gòu)放大促動器因其非常小的體積、較大的位移以及毫秒級快速響應(yīng)，經(jīng)常被用作光開關(guān)、光學(xué)對準(zhǔn)等應(yīng)用。此外，機(jī)構(gòu)放大促動器的應(yīng)用范圍非常的廣泛，在下方舉例的應(yīng)用中都會用到壓電機(jī)構(gòu)放大促動器。探針掃描、光學(xué)透鏡的定位、光開關(guān)、快門/快門防抖、微掃描、晶片測試、天文學(xué)、聚焦定位、激光腔調(diào)諧、光纖的耦合和形變、FBG（光纖布拉格光柵）的形變、斬波器、干涉儀、PDP晶體切割、調(diào)制器等。光纖拉伸、工具定位、取放工具、金剛石車削、橢圓活塞加工、阻尼、動態(tài)控制、新一代超聲波或聲波振動、NDT、器件疲勞度監(jiān)測等。比例閥、泵、測流技術(shù)、噴墨技術(shù)、注射器、液滴發(fā)生器等。
機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器采用先進(jìn)的技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計而成，為了您的自身安全及產(chǎn)品的正確使用，使用時請注意以下幾點(diǎn)。溫度改變和壓力都會給壓電促動器充電，與控制器斷開連接的一段時間壓電促動器也會保持帶電狀態(tài)，所以操作者在使用時要注意：· 不要擅自拆卸機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器；· 在安裝以前給機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器進(jìn)行放電，這個可以通過和控制器連接實現(xiàn)；· 使用前首先檢查本產(chǎn)品的連接線是否完好，產(chǎn)品及控制器是否進(jìn)行了有效的接地保護(hù)，操作過程中應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范操作，上電后不要用手觸碰產(chǎn)品（最高可達(dá)150V以上電壓），以防發(fā)生危險。為了防止不當(dāng)操作對產(chǎn)品造成損壞，使用時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：· 機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器盡量在無塵、無油、無潤滑劑的環(huán)境中使用；· 建議負(fù)載不要超過本產(chǎn)品的承載能力，裝載時注意扭力不要過大，不要撬或扭轉(zhuǎn)負(fù)載面鉸鏈，以免損傷結(jié)構(gòu)；· 當(dāng)出現(xiàn)異常情況應(yīng)該立即關(guān)閉相關(guān)部分；· 機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器長期使用建議使用電壓為0~120V；· 請勿對產(chǎn)品進(jìn)行拆解，以免造成產(chǎn)品損壞；· 使用我公司提供的專用電纜連接壓電促動器和控制器；· 不能隨便使用電纜延長線，如需要更長電纜請聯(lián)系我司銷售人員。安裝前首先要進(jìn)行安全檢查，如連接線有無破損、斷線，驅(qū)動電源有無接地保護(hù)等。機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器安裝步驟如下：2）連接負(fù)載，要求負(fù)載不要超過促動器所能承受的最大負(fù)載；3）將機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器安裝在測量平臺上或通過光學(xué)平臺轉(zhuǎn)接座固定安裝在測量平面上，請根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸圖選擇合適螺栓進(jìn)行固定安裝；為了防止機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器在使用過程中損壞，需要注意以下幾點(diǎn)：· 不要使用超過參數(shù)表規(guī)定的電壓范圍來驅(qū)動壓電驅(qū)動器。· 不要跌落壓電陶瓷、避免任何形式的機(jī)械撞擊。· 有預(yù)緊力的壓電促動器可以承受一定拉力（并不是壓電促動器收縮產(chǎn)生），但是不能承受剪切力、扭矩和彎矩。這些情況可能會對促動器內(nèi)部的壓電陶瓷產(chǎn)生損壞。
