壓電陶瓷促動器應用于超導腔超導諧振腔超導加速器

超導現象早在上世紀初就被荷蘭科學家翁內斯(Heike Kamerlingh Onnes)發現了，但利用超導材料制造諧振腔的想法直到50年代才被科學家所提出。

超導體具有諸多奇特的物理性質，如無阻載流的能力、一定的抗磁特性、宏觀量子相干特性等。而高溫超導材料具有其他材料無法相比的電、磁、熱等性能，可使應用系統的性能及可靠性大幅提高。因此，高溫超導技術也是世界高科技競爭的熱點。

超導體的工作溫度在低于其本身的超導臨界溫度時才會表現出其超導性能，因此超導體的應用要求嚴格的溫度條件限制。

超導諧振腔是超導組元的重要組成部分，用于補償或阻尼超導腔運行時由于洛倫茲力、束流負載效應、麥克風效應等影響產生的頻率變化。

超導腔調諧器一般分為擠壓和拉伸兩種工作方式，對超導腔的形狀和剛性有一定的要求。通過改變腔體軸向長度，即改變超導腔每個單元內部間隙來改變超導腔的頻率。可以將每個單元簡單比作電容，當兩極板間隙發生變化時，電容相應變化，從而改變諧振回路的諧振頻率。

超導腔的頻率失諧和不穩定會導致加速電場不穩定，使束流質量下降，甚至導致不穩定性丟束，并且在失諧情況下需要發射機功率也會增大。

調諧器是超導系統的重要組成部分，用來控制超導腔的頻率，補償束流對腔頻率的影響。它主要由兩部分構成：機械調諧機構和壓電陶瓷調諧機構。機械調諧是慢調諧機構，調諧范圍大（幾百K赫茲），而壓電陶瓷調諧是快調諧機構，調諧范圍小（幾赫茲）。

大部分調諧器，特別是快調諧機構，需要工作在低溫、真空、輻射的惡劣環境中，既要保證調諧器低溫收縮變形后不被卡死，又要保證較高的調諧效率和調諧精度，因此頻率調諧系統的研制難度非常大，需要綜合考慮具體的腔型、工作環境、加速器運動方式等。

快調諧機構利用的是壓電陶瓷的逆壓電效應，在外電場作用下，發生形變，形變與外電場強度大小成正比。

芯明天機械封裝壓電陶瓷，它的主要優點是高分辨率、高動態、大出力、兼容真空環境等，應用于1.3GHz超導腔中快調諧范圍為2.5kHz@T=2K，頻率分辨精度0.3~1.8Hz。

機械封裝壓電陶瓷與裸陶瓷相比，機械強度更高。工作在輻射、低溫、真空的環境，需要在2K左右低溫下產生位移運動，因此高強度的機械封裝壓電陶瓷適合作為快調諧機構。

機械封裝壓電陶瓷的優點：

1，易于安裝，有內螺紋、外螺紋、球頭、平頭可選；

2，高機械強度，將壓電陶瓷保護于內部；

3，可選閉環反饋傳感器，從而修正壓電陶瓷的遲滯與蠕變；

4，高動態，壓電陶瓷在高頻振動時，會產生一定熱量使自身溫度升高，機械封裝可將熱量導出，且可在外殼體增加散熱片，提高壓電陶瓷的工作頻率；

5，可承受一定的拉力，機械封裝壓電陶瓷可承受一定拉力，而裸陶瓷不可承受拉力；

6，高可靠性，可承受一定側向力和彎曲力，而裸陶瓷不能；

7，抗干擾性，無磁不繡鋼外殼，可防止外界電場干擾。

快調諧用壓電陶瓷促動器型號、參數舉例：

名稱：壓電陶瓷促動器

型號：60VS35

位移：80µm@300K

出力：25000N

負載力：35000N

拉力上限：4000N

工作溫度：可達2K

名稱：壓電陶瓷促動器

型號：40VS20

位移：38µm@300K

出力：4700N

拉力上限：700N

工作溫度：可達2K

快調諧壓電陶瓷促動器控制器

快調諧的壓電控制器采用的是芯明天E01系列壓電控制器，可進行模擬和數字控制，通信接口有串口、USB等，也可進行鍵盤操作，可選擇單通道、雙通道或更多通道的控制。