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(chǎn)生相應(yīng)的位移，在隨后很長的一段時間里壓電陶瓷長度會繼續(xù)產(chǎn)生微小的伸長形變，我們將后續(xù)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(shù)大概為1%-2% 。

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

靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)操作下的蠕變 我們通過實驗對芯明天PSt150/5X5/60 進(jìn)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(shù),值取決于壓電材料、結(jié)構(gòu)以及環(huán)境條件（例如負(fù)載力）。在10s時的蠕變量為1.2μm，100s時的蠕變量為1.8μm。當(dāng)位移（電壓）停止幾秒鐘之后，蠕變實際上也跟著停止。

動態(tài)操作下的蠕變

當(dāng)采用周期信號驅(qū)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(fù)定位精度，這是因為蠕變特性有很強(qiáng)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(jìn)行驅(qū)動，正弦信號滿幅值位移為20μm，峰峰值的重復(fù)定位精度優(yōu)于20nm，大概為滿幅值的0.1%。

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

如果工作在靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)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(huán)版本的壓電陶瓷及控制器，即壓電促動器內(nèi)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(jìn)行實時調(diào)整從而修正位移，實現(xiàn)滿幅值0.05%的重復(fù)定位精度。

芯明天閉環(huán)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(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，我們還提供壓電控制器定制服務(wù)。