压电材料应用.ppt

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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November22,2001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LeadZirconateTitanate。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，使其成為規則排列的

2、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，此種稱為逆效應壓電材料電能機械能逆效應正效應壓電效應示意圖劉雲輝5壓電材料之特性T1：StressS1：StrainE1:ElectricFieldD3:ElectricDisplacementMechanicalrespondtoElectricalinputsandElectricallyRespondtoMechanicalI

3、nput:Complianced31:piezocoefficient:dielectricconstant劉雲輝6DisplacementofPZTCeramicsappliedelectricfieldstrengthEpiezoelectricmaterialusedpiezoelectricstraincoefficientsdijtherelationshipbetweentheappliedelectricalfieldandthemechanicalstrainproducedthelengthLofthePZTceramics劉雲輝7高剛性奈米位移

4、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(VibrationIsolationSystem)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。平台被動式振動隔離器低剛性彈簧被動式阻尼器平台Fc低剛性彈簧主動式阻尼主動式振動隔離器controllersensoractuator劉雲輝9主動、被

5、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PZTx=0x=L/2x=L換能器的自然頻率換能器的振動模態where，，，n=1,2,3,劉雲輝11有限元素分析劉雲輝12超音波致動器劉雲輝13超音波換能器應用(加速乳化)

6、劉雲輝14