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基于壓電陶瓷促動(dòng)器的振動(dòng)激勵(lì)方法

更新時(shí)間： 2021-05-17

壓電陶瓷促動(dòng)器具有大出力、高諧振頻率、高精度、體積小的特點(diǎn)，在帶載的情況下，仍可執(zhí)行千赫茲以上的高頻激勵(lì)振動(dòng)，是振動(dòng)激勵(lì)應(yīng)用中一種新型的不錯(cuò)選擇。

壓電陶瓷促動(dòng)器的外形非常小巧，可小至直徑OD9mm、高H19mm，如此小的外形，它的出力卻仍可高達(dá)200N，諧頻達(dá)40kHz。

傳統(tǒng)中振動(dòng)測(cè)試的常見(jiàn)的方法是使用電動(dòng)振動(dòng)器，但它的弊端是當(dāng)運(yùn)行超過(guò)機(jī)械頻率限制時(shí)，控制和信號(hào)質(zhì)量（控制偏差、橫向振動(dòng)）通常會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題（電樞諧振）。

與傳統(tǒng)方法相比，采用壓電陶瓷促動(dòng)器作為激勵(lì)源的方法，可實(shí)現(xiàn)更高的頻率極限及更高的振動(dòng)幅度，并且避免了不必要的橫向振動(dòng)。

此外，壓電陶瓷促動(dòng)器的工作溫度范圍更寬，一般工作溫度可在-40~80℃，也可選擇低溫-273℃或高溫達(dá)150℃及更高的版本。

一、壓電陶瓷促動(dòng)器激勵(lì)源的典型應(yīng)用

壓電陶瓷促動(dòng)器頂端可選多種連接，如內(nèi)螺紋、外螺紋等，可將待測(cè)件安裝固定到壓電陶瓷促動(dòng)器的頂端或測(cè)試夾具上，采用壓電陶瓷促動(dòng)器來(lái)直接激勵(lì)待測(cè)件。

壓電陶瓷促動(dòng)器非常適于高頻范圍的振動(dòng)激勵(lì)，例如對(duì)高頻范圍內(nèi)的振動(dòng)傳感器的校準(zhǔn)、對(duì)更高的振動(dòng)頻率環(huán)境的模擬、對(duì)MEMS陀螺儀和相關(guān)組件的振動(dòng)抗擾性的研究、對(duì)車輛部件在高頻下的聲學(xué)特性測(cè)試、汽車部件（如觸點(diǎn)和傳感器）的耐久性測(cè)試、野外振動(dòng)過(guò)程在實(shí)驗(yàn)室中的重現(xiàn)、其他振動(dòng)環(huán)境的模擬等。并且，該振動(dòng)可與氣候條件相結(jié)合，像溫度、濕度等。

對(duì)于較小待測(cè)件的高頻測(cè)試，采用一支壓電陶瓷促動(dòng)器作為激勵(lì)源即可；對(duì)于較大面形待測(cè)件的高頻測(cè)試，可采用多支壓電陶瓷促動(dòng)器并聯(lián)激勵(lì)的方式。

二、芯明天壓電促動(dòng)器激勵(lì)方案舉例

（一）震動(dòng)傳感器測(cè)試

如下圖所示，將震動(dòng)傳感器直接固定于芯明天壓電陶瓷促動(dòng)器的頂端，通過(guò)芯明天壓電控制器對(duì)壓電陶瓷促動(dòng)器施加激勵(lì)電信號(hào)，壓電陶瓷促動(dòng)器產(chǎn)生激勵(lì)振動(dòng)，振動(dòng)的頻率、幅度取決于待測(cè)件的重量、大小以及壓電控制器的激勵(lì)電信號(hào)。

而對(duì)于多個(gè)待測(cè)件或較大尺寸待測(cè)件，可采用多支壓電陶瓷促動(dòng)器并行操作激勵(lì)，并且可采用同一壓電控制器發(fā)送激勵(lì)電信號(hào)。

芯明天壓電陶瓷促動(dòng)器參數(shù)范圍

出力：200~50000N

諧振頻率：3~40kHz

溫度范圍：-273℃~150℃

位移：7~260μm

（二）多軸振動(dòng)激勵(lì)

對(duì)待測(cè)件多軸的振動(dòng)激勵(lì)，可采用芯明天多軸振動(dòng)壓電平臺(tái)，可產(chǎn)生1~6軸的多軸振動(dòng)激勵(lì)。壓電平臺(tái)表面都配備安裝螺紋孔，易于待測(cè)件的安裝。

芯明天壓電納米定位臺(tái)參數(shù)范圍

激勵(lì)軸：1~6軸

出力：1~800N

諧振頻率：0.1~8.7kHz

溫度范圍：-273℃~150℃

位移：6.8~800μm

（三）角度振動(dòng)環(huán)境模擬

對(duì)于重量較重型的待測(cè)件的角度振動(dòng)，可采用芯明天壓電偏擺臺(tái)，既便于待測(cè)件的安裝，又可承載大型待測(cè)件。角度振動(dòng)頻率可達(dá)500Hz，具體頻率取決于所承載的負(fù)載的重量、外形等因素。

芯明天壓電偏擺臺(tái)/偏轉(zhuǎn)鏡參數(shù)范圍

激光軸：1~6軸

出力：1~600N

諧振頻率：0.3~15kHz

溫度范圍：-273℃~150℃

角度：0.16~50mrad

（四）面形振動(dòng)激勵(lì)

對(duì)于一個(gè)待測(cè)件面形的振動(dòng)激勵(lì)應(yīng)用，可采用芯明天MFC壓電纖維片或壓電陶瓷片。下方左圖中，是將MFC粘貼于待測(cè)件表面，隨著多個(gè)MFC的伸長(zhǎng)、收縮或45°形變間的相互配合，激勵(lì)面形產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的振動(dòng)。右圖中是將方形、環(huán)形壓電陶瓷片作為激勵(lì)源粘貼于待測(cè)件。