微小位移技術(shù)(編輯修改稿)
2024-09-11 22:12 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ， /； S— 應(yīng)變。 、電致伸縮器件 應(yīng)變，應(yīng)變的大小與電場大小成 正 比，應(yīng)變的方向與電場的方向有關(guān)，即電場反向時應(yīng)變也改變方向 ； 電介質(zhì)在外加電場作用下應(yīng)變與電場的關(guān)系為 S=dE十 M （ 54） 式中 :dE— 逆壓電效應(yīng)。其中， d為壓電系數(shù) ,m/V； E為電場， V/m； M— 電致伸縮效應(yīng)。其中 M為電致伸縮系數(shù)， /； S— 應(yīng)變。 、電致伸縮器件 逆壓電效應(yīng)僅在無對稱中心晶體中才有，而電致伸縮效應(yīng)則所有的電介質(zhì)晶體都有，不過一般來說都是很微弱的。壓電單晶如石英、羅息鹽等的壓電系數(shù)比電致伸縮系數(shù)大幾個數(shù)量級，結(jié)果在低于 1MV/m的電場作用下只有第 1項，即逆壓電效應(yīng)。 、電致伸縮器件 ：材料 壓電晶體常用的材料是鋯鈦酸鉛和鈦酸鋇。由欽酸鉛和鉛酸鉛組成的多晶固溶體，全名稱為錯欽酸鉛壓電陶瓷，代號 PZT(P— 鉛； Z— 鋯； T— 鈦 )，其特點(diǎn)是 : 敏度高 ； 機(jī)電耦合系數(shù)大，故機(jī)電換能效率高；機(jī)械品質(zhì)因數(shù)高，幾百到幾千；材料性能穩(wěn)定 ； 居里溫度很高 ； 、電致伸縮器件 ：材料 電致伸縮材料最早是 PMN錫鎂酸鉛系。 1977年美國 L. E. Cross教授研究出具有大電致伸縮效應(yīng)的弛像鐵電體組分，它的居里點(diǎn)在 0℃ 附近。 1981年又開發(fā)了三元系固溶體 ，它具有良好的溫度穩(wěn)定性及大電致伸縮效應(yīng)。它的介電常數(shù)、橫向應(yīng)變特性曲線如圖 520。 PMN是由 PbO,MgO,Ti，BaC,ZrO等按比例燒結(jié)而成。 1981年我國 1426所研制 La：PZT 、電致伸縮器件 用壓電陶瓷作微位移器件目前已得到廣泛的應(yīng)用，如激光穩(wěn)頻、精密工作臺的補(bǔ)償、精密機(jī)械加工中的微進(jìn)給以及微調(diào)等。用于精密微位移器件的壓電陶瓷，應(yīng)滿足下列要求： 1） 電靈敏度高，即單位電壓變形大 . 2） 行程大，電壓變形曲線線性好； 3） 體積小，穩(wěn)定性好，不老化，重復(fù)性好 、電致伸縮器件 用壓電陶瓷作微位移器件目前已得到廣泛的應(yīng)用，如激光穩(wěn)頻、精密工作臺的補(bǔ)償、精密機(jī)械加工中的微進(jìn)給以及微調(diào)等。用于精密微位移器件的壓電陶瓷，應(yīng)滿足下列要求： 1） 電靈敏度高，即單位電壓變形大 .2） 行程大，電壓變形曲線線性好； 3） 體積小，穩(wěn)定性好，不老化，重復(fù)性好 。 壓電陶瓷的主要缺點(diǎn)是變形量小，即壓電微位移器件在施加較高電壓時，行程仍很小，所以在設(shè)計微位移器時，應(yīng)盡量提高壓電陶瓷的變形量， 、電致伸縮器件 電致伸縮器件最早是 1977年由 Cross等人研制的，把 PZ或PMN材料制成 φ ，厚 2mm的圓片 10片疊加起來，如圖526（ a），外加 13μ m的位移，其分辨率為 1nm。電致伸縮馳豫型鐵電體比普通的壓電陶瓷更優(yōu)越： 1） 電致伸縮應(yīng)變大； 2） 位置重復(fù)性（再現(xiàn)性）好； 不需要極化； 3） 不老化； 4） 熱膨脹系數(shù)很低。 電磁控制的微動工作臺首先由日本研制成功。 1955年NIHIZAWA等人開始研究至 1975年研制出定位精度為 的微動工作臺，并成功地應(yīng)用于電子束曝光機(jī)中，成為微位移技術(shù)中的一個新方法。 _工作原理 電磁馳動的原理如圖 528所示，把微動工作臺 1用 4根鏈或金屬絲 4懸掛起來；工作臺兩端分別用彈簧 3固定，另外兩端放置兩塊電磁鐵。通過改變電磁鐵線圈的電流來控制電磁鐵對工作臺的吸引力，克服彈簧的作用力，達(dá)到控制工作臺微位移的目的。 設(shè)工作臺的位移量為△ d，當(dāng)電磁鐵的吸引力為 F時，此時工作臺保持平衡。 F應(yīng)等于彈簧的拉力 F39。與工作臺由初始位置位移△ d所產(chǎn)生的吊簧拉力 F之和，即 _工作原理 _工作原理 電磁鐵的吸引力為 式中 :B— 電磁場磁通密度， Wb/； μ — 導(dǎo)磁率 ,H/m； S— 磁極截面面積。 彈簧的拉力為 _工作原理 式中 :k— 彈簧常數(shù) ,kg/m； △ d— 工作臺移動距離， m； g— 常數(shù) (g
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