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文档简介

1、劉雲輝,1,壓電材料應用與超音波換能器設計 精密產業機械與線上檢測技術國際研討會 南台科技大學 機械工程系 報告人：劉雲輝 November 22 , 2001,劉雲輝,2,壓電材料介紹與應用 壓電材料特性 高剛性奈米位移壓電驅動器 壓電致動器為設計之主被動防震平台 超音波換能器設計 超音波換能器應用,大 綱,劉雲輝,3,壓電材料介紹與應用,PZT壓電材料是由鉛(Plumbum)，鋯(Zirconate) ，鈦(Titanate)等元素所組成，其全名為Lead Zirconate Titanate。化學式為Pb(Zr-Ti)O3 極化是成為壓電材料的一個重要的程序，經過極化後，將原本雜亂的極子

2、，使其成為規則排列的極子，而極化的電壓必須大於2000v/mm,劉雲輝,4,壓電效應,壓電現象是機械能與電能之間的能量轉移現象 某種結晶材料受到壓力或張力時，表面會產生電荷，形成電場與電壓，此種現象稱為正效應 若加入電場使其產生形變，此種稱為逆效應,劉雲輝,5,壓電材料之特性,劉雲輝,6,Displacement of PZT Ceramics,applied electric field strength E piezoelectric material used piezoelectric strain coefficients dij the relationship between t

3、he applied electrical field and the mechanical strain produced the length L of the PZT ceramics,劉雲輝,7,高剛性奈米位移壓電驅動器,奈米級位移解析度、快速反應、大出力 解析度受限於壓電放大器雜訊、感測器或控制電路雜訊、 機械結構設計 最大位移 最大出力,劉雲輝,8,壓電致動器為設計之主被動防震平台,何謂振動隔離系統(Vibration Isolation System) 為達到精密定位及量測的需求，必須設法降低外界進來的振動干擾對系統的影響，這種用來隔離外界振動干擾的裝置或機構所形成的系統，稱之為振動隔離系統。 一般設計上可分被動式及使用致動器的主動式兩種。,劉雲輝,9,主動、被動式的優缺點,較昂貴,便宜,成本,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,在高反饋增益下易造成不穩定,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,劉雲輝,10,超音波換能器設計,換能器的自然頻率 換能器的振動模態,where ， ， ，n=1

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