壓電陶瓷諧振頻率的常見問題

壓電陶瓷的諧振頻率是如何定義的？

壓電陶瓷屬于振蕩機械系統，諧振頻率是在壓電陶瓷一端固定另一端自由移動狀態下采用非常低的電壓信號激勵下測得的。

壓電陶瓷的諧振頻率是由壓電陶瓷的剛度以及其有效質量所決定的，也可以通過公式計算得出：

當外部負載后壓電陶瓷的諧振頻率會改變嗎？

答案是肯定的，當有外部機械負載作用在壓電陶瓷上時，壓電機械系統的諧振頻率會有所降低，具體數值我們可以通過以下公式計算得出：

舉例：芯明天封裝型壓電陶瓷PSt150/10/80 VS10的諧振頻率為12kHz， 有效質量大概為10g， 帶載150g負載之后，諧振頻率變約為3kHz。

以上理論計算得出的數據可以用于實驗的理論分析，實際數據需以測試為準。

當外部負載重量遠遠超過壓電陶瓷有效質量的時候，我們就可以忽略壓電陶瓷的質量，系統諧振頻率的計算公式變為：

放大機構壓電機械系統的諧振頻率

由于放大機構的壓電機械系統會將壓電陶瓷產生的形變放大n倍，壓電陶瓷的剛度將低到1/n2,系統的剛度則變為Cges=C_F+C_T/n2，相比壓電陶瓷原始的諧振頻率值，系統諧振頻率大大降低。比如芯明天壓電掃描臺P18.X300，臺體采用機構放大設計原理，行程可達370μm，內部采用的壓電陶瓷的諧振頻率為16kHz，壓電掃描臺的空載諧振頻率為600Hz.

參數表中的數值解讀

通常，我們會在壓電陶瓷的參數表中給出長度方向的諧振頻率值，壓電陶瓷在加工生產的過程中由于生產的工藝不同，對其機電性能會產生一定的影響。因此參數表中給出的諧振頻率會有少許的偏差。

壓電陶瓷可以在諧振頻率點上使用嗎？

對于單層壓電陶瓷來說當然可以，因為單層壓電陶瓷通常是在諧振點上使用，此時可以獲得zui大的振幅。

但對于我們今天探討的疊堆型壓電陶瓷來說則不可以，且疊堆壓電陶瓷要遠低于它的諧振點使用，這是因為受到壓電陶瓷響應時間即階躍時間、功率、動態力等多種因素的限制。

階躍時間：壓電陶瓷在電壓激勵信號下在zui短的時間內膨脹伸長到zui大位移，這個時間我們稱之為階躍時間，它是由壓電陶瓷的諧振頻率決定的（但需保證所采用的壓電控制器需要具有足夠大的電流）：

芯明天封裝壓電陶瓷PSt150/7/20 VS12配套E52系統大功率壓電控制器。可以實現33μs的階躍時間。

疊堆壓電陶瓷只有一個諧振頻率嗎？

壓電陶瓷參數表所給出的諧振頻率通常為軸向即長度方向的諧振頻率，我們可以看出，相同橫截面積的壓電陶瓷長度越短，諧振頻率越大。

但壓電陶瓷不只有軸向諧振頻率，還存在其他諧振頻率。當長寬比大的時候，彎曲模式的諧振頻率比軸向諧振頻率低。壓電陶瓷還存在徑向諧振頻率，當直徑遠遠大于陶瓷長度的時候，徑向諧振頻率低于軸向諧振頻率。

在諧振頻率以下使用，壓電陶瓷的形變會跟隨驅動信號而變化，在諧振點上壓電陶瓷發生共振，驅動信號與壓電陶瓷作動會存在較大的相差。