PZT壓電陶瓷管可將光纖拉伸實驗

PZT壓電陶瓷是一種由鋯鈦酸鉛材料進行燒結制成的一種容性器件，它可在電壓驅動下產生形變位移，并且在受外力的作用下，可產生一定的電荷能量，即它具有正壓電效應和逆壓電效應。

壓電陶瓷管是一種管狀的壓電陶瓷，它與常見的片狀壓電陶瓷類似。壓電陶瓷管的內徑表面和外徑表面印刷有導電電極，一般為銀電極。除了內外表面外，內部材料均為PZT壓電陶瓷。因此，它一樣具有壓電效應，在對內外電極施加電壓時，壓電陶瓷管會產生徑向伸縮的位移。

為了解壓電陶瓷管能夠將光纖拉伸多長，芯明天采用如下圖中所示裝置，通過壓電控制器對壓電陶瓷管施加電壓，壓電陶瓷管受電壓驅動產生形變位移。最后，再對壓電陶瓷管進行形變位移的測量。

哈爾濱芯明天科技有限公司

E01系列壓電控制器1臺，輸出電壓可達300V；

壓電陶瓷管1支；

電感測微儀2臺；

光纖，直徑0.25mm，長5m；

磁力表座支架2臺。

該實驗的目的是對外徑纏繞有光纖的壓電陶瓷管在電壓驅動下產生的位移進行實際測量，并根據測量數據估算出光纖被拉伸的長度。

為了實驗順利進行，實驗人員預先將直徑0.25mm、長5m的光纖纏繞于壓電陶瓷管的外表面，并使用環氧樹脂膠進行固定。最終纏繞于壓電陶瓷管外表面的光纖長度約4.4m，兩端各預留30cm光纖。

該實驗中采用的壓電陶瓷管的尺寸為外徑OD 51mm、內徑ID 43mm、高TH 40mm，實驗中在壓電陶瓷管的相對的兩個外徑側各放置一臺電感測微儀的傳感測頭，用于測量施加電壓過程中，壓電陶瓷管膨脹所產生的徑向位移。

實驗中，對壓電陶瓷管施加0至300V的變化電壓信號。通過實驗中，可觀察到隨著電壓從0V逐漸增大，兩臺電感測微儀測得的位移值也逐漸增大。

在300V時，兩臺電感測微儀所測得位移之和約為0.8μm，這是徑向的總位移，即直徑變大了0.8μm。通過周長計算公式可估算每圈光纖拉伸的長度約為2.5μm。

實驗可知，通過芯明天壓電控制器驅動壓電陶瓷管，可以達到拉伸光纖的目的。

在該實驗中，通過觀察一些現象，可總結如下：

1）壓電陶瓷管兩端安裝的電感測微儀，所測的位移數值不同，可能是由于兩端的測頭安裝時的預緊力不同導致。在預緊力接近相同時，可觀測到兩個電感測微儀的數值幾乎相同。

2）不同壓電陶瓷管的外形尺寸會影響壓電陶瓷管整體徑向膨脹的位移。通常，在其他條件一致情況下，外徑越大，壓電陶瓷管產生的徑向位移將越大。

3）光纖纏繞的松緊程度也會對光纖拉伸的長度產生一定的影響，可以以正常繃緊狀態纏繞光纖。

4）該實驗中光纖拉伸的長度是通過公式進行估算的，若需要準確測量光纖被拉伸的長度，需要配合光學傳感器及相應算法獲得。

壓電陶瓷非常適用于光纖拉伸應用，并且它在很多領域都得到了非常廣泛的應用，如光纖傳感、掃描干涉等。除壓電陶瓷管用于拉伸光纖外，芯明天公司還提供其他壓電產品用于光纖拉伸，如壓電陶瓷疊堆、光纖拉伸膨脹器、光纖移相器或定制光纖拉伸結構等，搭配芯明天壓電控制器、功率放大器等即可完成光纖拉伸、相位調制的目的。