電荷泵在壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用.pdf

1、壓電陶瓷是一種新型的智能材料，已被廣泛用于精密定位結(jié)構(gòu)、微納加工、能量回收等方面[1]。但是壓電陶瓷本身存在的遲滯蠕變等非線性特征。這種遲滯、蠕變特性很大程度上影響著壓電陶瓷的定位精度與準(zhǔn)確度，制約著其應(yīng)用范圍。解決壓電陶瓷遲滯與蠕變問(wèn)題已成為當(dāng)前世界范圍內(nèi)的一門(mén)前沿課題。國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究的方法與手段層出不窮，本文在利用壓電陶瓷位移與電荷成正比的特性下，設(shè)計(jì)了一種新穎獨(dú)特式的電路結(jié)構(gòu)：采用開(kāi)關(guān)電容式電荷泵的方法消除壓電陶瓷的遲滯和蠕變。<

2、br>　　 本文首先從壓電理論出發(fā)，再在深入分析和理解壓電陶瓷遲滯與蠕變特性的基礎(chǔ)上，研究了壓電陶瓷的遲滯與蠕變特性以及形成原因。最后結(jié)合傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式，并設(shè)計(jì)一種新型的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)：開(kāi)關(guān)電容式電荷泵結(jié)構(gòu)。搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，對(duì)壓電陶瓷位移遲滯、蠕變特性進(jìn)行了測(cè)量和分析。與傳統(tǒng)電壓驅(qū)動(dòng)和電荷驅(qū)動(dòng)方式相對(duì)比，開(kāi)關(guān)電容式電荷泵能有效的消除遲滯、蠕變特性。又深入分析了開(kāi)關(guān)電容式電荷泵的優(yōu)缺點(diǎn)以及各個(gè)參數(shù)對(duì)遲滯以及蠕變特性的影響。實(shí)驗(yàn)中使用的壓電陶瓷

3、大小為10mm×10mm×18mm，由200 層陶瓷疊加而成，可承受0～100V 電壓，位移變化范圍為0～14μm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用開(kāi)關(guān)電容式電荷泵方式驅(qū)動(dòng)壓電堆棧，位移變化可以取得非常好的線性度，遲滯現(xiàn)象得到了很大程度上的抑制。當(dāng)位移變化頻率在0.01Hz 時(shí)，遲滯大小為2.01％，隨著頻率的上升，線性度會(huì)改善，遲滯也會(huì)減小，頻率增加到20Hz 時(shí)，遲滯大小為0.57％。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電壓驅(qū)動(dòng)下的遲滯大小。同時(shí)通過(guò)這種方法能夠使得蠕變特性