關(guān)于壓電陶瓷動態(tài)特性的詳細(xì)介紹

1. 諧振頻率

壓電陶瓷是振蕩的機(jī)械系統(tǒng)，特征可由諧振頻率fres來表述。諧振頻率是由陶瓷的剛度和質(zhì)量分布（有效的運(yùn)動質(zhì)量）決定的。我公司陶瓷（非單層）的諧振頻率最高可達(dá)100kHz。壓電陶瓷的諧振頻率反映的是陶瓷的響應(yīng)時(shí)間，不能作為陶瓷的使用頻率。諧振頻率通常是在兩端不固定且在很小的電壓驅(qū)動信號下測得的，諧振頻率可以通過下面公式計(jì)算得出：

（1.1）

meff：壓電陶瓷的有效質(zhì)量

CT：壓電陶瓷的剛度

加載一個(gè)質(zhì)量為M負(fù)載到陶瓷，此系統(tǒng)的諧振頻率可以用下式表示：

（1.2）

這就是為什么加載之后的諧振頻率與陶瓷本身的諧振頻率有很大的偏差，這個(gè)是一個(gè)很重要的因素。如果陶瓷在諧振頻率點(diǎn)工作，那么振幅會比非諧振點(diǎn)高很多。當(dāng)接近諧振點(diǎn)工作的時(shí)候，即使給陶瓷非常低的電壓也能達(dá)到非諧振情況下，超過最大電壓下的位移。但是我們建議陶瓷的使用頻率要小于諧振頻率的三分之一，同時(shí)還需要考慮動態(tài)過程中陶瓷的發(fā)熱情況，從而減小陶瓷損壞、延長使用壽命。

2. 階躍時(shí)間

由于壓電陶瓷的諧振頻率很高，壓電陶瓷可以隨著驅(qū)動電壓的變化而快速的伸縮。目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到閥門和快門技術(shù)中。壓電陶瓷的最快響應(yīng)時(shí)間即壓電陶瓷的伸長時(shí)間取決于壓電陶瓷的諧振頻率，一般為壓電陶瓷諧振時(shí)間的1/3。

（2.1）

當(dāng)給陶瓷施加一個(gè)短的電脈沖，陶瓷在其階躍時(shí)間tmin內(nèi)伸長。同時(shí)共振頻率將被激發(fā)，陶瓷在其伸長位置的附近做阻尼振蕩。更短的電脈沖只能使振幅更高，但不能縮短階躍時(shí)間。下圖顯示了一個(gè)壓電陶瓷在短脈沖電信號激勵下，陶瓷的上升時(shí)間為600us，諧振頻率為560Hz。

3.?動態(tài)力
????在動態(tài)應(yīng)用中，壓電陶瓷的推力和拉力是同時(shí)存在的，推力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于拉力，也就是說壓電陶瓷的抗壓強(qiáng)度是非常高的，而拉力則對其影響很大。當(dāng)壓電陶瓷在動態(tài)應(yīng)用時(shí)，兩種力交替出現(xiàn)。即使沒有外部負(fù)載，依然要考慮動態(tài)力。因此在動態(tài)應(yīng)用中需要選擇有預(yù)載力的陶瓷。

壓電陶瓷正弦信號使用時(shí)，動態(tài)力估算公式為：

（3.1）

Fdyn：動態(tài)出力 ? ?

f：使用頻率

?l/2：振蕩的幅度（?l -陶瓷滿行程）

Meff:：有效質(zhì)量

有效質(zhì)量meff等于陶瓷本身質(zhì)量的1/3加上負(fù)載的質(zhì)量。

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