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1、第11卷第3期光学精密工程Vol.11No.32003年6月OpticsandPrecisionEngineeringJun.2003文章编号10042924X(2003)0320270206压电陶瓷执行器迟滞与非线性成因分析1121崔玉国,孙宝元,董维杰,杨志欣(1.大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116023;2.大连理工大学电子与信息工程学院,辽宁大连116023)摘要:从微观上系统分析了电致伸缩效应、逆压电效应和铁电效应的位移机理,表明:三种效应的位移机理是根本不同的;压电陶瓷执行器的位移主要是由逆压电效
2、应、铁电效应所引起的,电致伸缩效应对位移的贡献极其微弱,可以忽略不计;单纯的逆压电效应是线性的,而铁电效应则是迟滞非线性的。指出了非180°电畴转向与转向的不完全可逆,分别是造成压电陶瓷执行器非线性和迟滞的根本原因。通过实验研究了驱动电压幅值、驱动电压频率、驱动循环次数及晶片厚度对压电陶瓷执行器迟滞和非线性的影响。关键词:执行器;压电陶瓷;迟滞;非线性中图分类号:TP21文献标识码:ACausesforhysteresisandnonlinearityofpiezoelectricceramicactuators1
3、121CUIYu2guo,SUNBao2yuan,DONGWei2jie,YANGZhi2xin(1.SchoolofMechanicalEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116023,China;2.SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116023,China)Abstract:Thedisplacementmechanismsofe
4、lectrostrictiveeffect,inversepiezoelectriceffectandferroelec2triceffectaresystematicallyanalysedinamicrocosmicway,andtheresultsofanalysesindicatethatthedis2placementmechanismsofthesethreeeffectsaretotallydifferent;thedisplacementofpiezoelectricceramicactuators
5、ismainlyduetoinversepiezoelectriceffectandferroelectriceffect;thecontributionofelectrostric2tiveeffecttothedisplacementissolittlethatitcanbeneglected;pureinversepiezoelectriceffectislinear,whileferroelectriceffectishystereticandnonlinear.Itispointedoutthatthen
6、on2180°turnofferroelectricdomainanditsincompletereversibilityaretheessentialcausesfornonlinearityandhysteresisofpiezoelectricceramicactuatorsrespectively.Theinfluencesofdrivingvoltageamplitude,drivingvoltagefrequency,numberofdrivingvoltagecycles,andwalferthick
7、nessonthehysteresisandnonlinearityofpiezoelectricce2ramicactuatorsarestudiedthroughexpeirments.Keywords:actuators;piezoelectricceramics;hysteresis;nonlinearity械、微电子、计算机、精密加工、精密光学、生物医1引言[122]学、机器人、航空航天等领域。但是,它同时也压电陶瓷执行器具有许多其它执行器无可比存在着明显的不足———在较高电场的作用下产生拟的优点,如位移
8、分辨率高、机电耦合效率高、响严重的迟滞和非线性,从而极大地限制了它在微应快、功耗小、无噪声等,所以被广泛应用于微机纳米定位技术中的应用。收稿日期:2002206210;修订日期:2003204205.基金项目:国家自然科学基金重点基金资助项目(No.50135040);国家自然科学基金资助项目(No.69774020)第3期崔玉国,等:压电陶瓷执行器迟滞与非
