压电材料应用ppt课件

1、劉雲輝1壓電资料應用壓電资料應用與超音波換能器設計與超音波換能器設計精细產業機械與線上檢測技精细產業機械與線上檢測技術國際研討會術國際研討會南台科技大學南台科技大學 機械工程系機械工程系報告人：劉雲輝報告人：劉雲輝November 22 , 2019劉雲輝2l 壓電资料介紹與應用l 壓電资料特性l 高剛性奈米位移壓電驅動器l 壓電致動器為設計之主被動防震平台l 超音波換能器設計l 超音波換能器應用大 綱劉雲輝3壓電资料介紹與應用壓電资料介紹與應用lPZT壓電资料是由鉛(Plumbum)，鋯(Zirconate) ，鈦(Titanate)等元素所組成，其全名為Lead Zirconate Tit

2、anate。化學式為Pb(Zr-Ti)O3l極化是成為壓電资料的一個重要的程序，經過極化後，將本来雜亂的極子，使其成為規則陈列的極子，而極化的電壓必須大於2000v/mm(1) 極化前(2)極化中(3)極化後劉雲輝4壓電效應壓電效應l壓電現象是機械能與電能之間的能量轉移現象l某種結晶资料遭到壓力或張力時，外表會產生電荷，构成電場與電壓，此種現象稱為正效應l假设参与電場使其產生形變，此種稱為逆效應 壓電资料電 能機械能逆效應正效應壓電效應表示圖劉雲輝5壓電资料之特性壓電资料之特性1E113133333E11311E111SsdEDEsdSs1T T1： Stress S1： Strain E1:

3、 Electric Field D3: Electric DisplacementMechanical respond to Electrical inputs and Electrically Respond to Mechanical InputSE11 : Compliance d31: piezo coefficient : dielectric constant33劉雲輝6Displacement of PZT Ceramicsl applied electric field strength El piezoelectric material used l piezoelectri

4、c strain coefficients dijl the relationship between the applied electrical fieldl and the mechanical strain producedl the length L of the PZT ceramics劉雲輝7高剛性奈米位移壓電驅動器高剛性奈米位移壓電驅動器l 奈米級位移解析度、快速反應、大出力l 解析度受限於壓電放大器雜訊、感測器或控制電路雜訊、l 機械結構設計l 最大位移 l l 最大出力tEdNLmax33maxEsEdAFmax33max劉雲輝8壓電致動器為設計之主被動防震平台壓電致動器為

5、設計之主被動防震平台l何謂振動隔離系統何謂振動隔離系統(Vibration Isolation System)l為達到精细定位及量測的需求，必須設法降為達到精细定位及量測的需求，必須設法降低外界進來的振動干擾對系統的影響，這種用低外界進來的振動干擾對系統的影響，這種用來隔離外界振動干擾的裝置或機構所构成的系來隔離外界振動干擾的裝置或機構所构成的系統，稱之為振動隔離系統。統，稱之為振動隔離系統。l普通設計上可分被動式及运用致動器的主動式普通設計上可分被動式及运用致動器的主動式兩種。兩種。平 台被動式振動隔離器低剛性彈簧被動式阻尼器inxpxinxpx平 台Fc低剛性彈簧主動式阻尼主動式振動隔離器

6、controllersensoractuator劉雲輝9主動、被動式的優缺點主動、被動式的優缺點較昂貴廉价本钱快，為外加能量的控制方式慢，只靠振動能自然發散反應速度在高反饋增益下易呵斥不穩定穩定性佳穩定性低頻效果佳共振頻率 倍以上頻率範圍有降低，低頻效果差隔離地面震動效果感測器及致動所構成之閉迴路控制器、低剛度支架被動式阻尼器、低剛度支架構成元件主動式被動式改進方式：希望結合被動式穩定及主動式好的振動控制效果等 優點，而避開其缺點，故有主、被動層串聯的設計2劉雲輝10超音波換能器設計超音波換能器設計PZTx=0 x=L/2x=Ll 換能器的自然頻率換能器的自然頻率l 換能器的振動模態換能器的振動模態)(cos2),(xkeAtxntjnnn)(Lcnnc