पीजेडटी पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक्चुएटर का सिद्धांत, संरचना और विशेषताएं

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक्चुएटर एक ऐसा उपकरण है जो संबंधित विस्थापन और बल उत्पन्न करने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की उचित दिशा में विद्युत क्षेत्र को लागू करने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करता है। जब ध्रुवीकृत पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो यह ध्रुवीकरण दिशा (अनुदैर्ध्य प्रभाव) में लंबा हो जाता है और ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण दिशा (पार्श्व प्रभाव) में छोटा हो जाता है। पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक्ट्यूएटर में पीजोइलेक्ट्रिक अनुदैर्ध्य प्रभावों का उपयोग करने वाला एक लेमिनेटेड प्रकार और पीजोइलेक्ट्रिक अनुप्रस्थ प्रभावों का उपयोग करने वाला एक डबल डायाफ्राम घुमावदार प्रकार होता है।

चूँकि पीजोइलेक्ट्रिक एक्चुएटर विस्थापन नियंत्रण और शक्ति स्रोत के लिए एक उपकरण है, उपयोग की जाने वाली सामग्री एक छोटे विद्युत क्षेत्र के तहत बड़े तनाव और तनाव उत्पन्न करने में सक्षम होनी चाहिए, और विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने की दक्षता अधिक है, इसलिए सबसे महत्वपूर्ण बात इसका उपयोग करना है पीजो राउंड डिस्क ट्रांसड्यूसर । एक बड़े स्थिरांक d के साथ एक नरम सामग्री, ऐसा बढ़ता हुआ विद्युत क्षेत्र (लगभग 1 MV/m), एक बड़ा तनाव (Δl/l लगभग 10 -2) और एक तनाव (लगभग 9.8 MPa) उत्पन्न करता है। दूसरी ओर, प्रतिक्रिया चर बड़ा है, और ढांकता हुआ शक्ति और यांत्रिक शक्ति की आवश्यकताएं भी अधिक हैं। वर्तमान में, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक्चुएटर्स में उपयोग की जाने वाली सामग्री मुख्य रूप से लेड जिरकोनेट टाइटेनेट (पीजेडटी) पर आधारित पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री है।

3.1 लैमिनेटेड पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ड्राइवर

यद्यपि पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ड्राइवर का उपर्युक्त उत्कृष्ट प्रदर्शन है, नियंत्रण लूप सेट करना मुश्किल है क्योंकि ड्राइविंग वोल्टेज 1 केवी या उससे अधिक है। यदि कई परतों को समानांतर में रखा जाता है, तो आंतरिक इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी लगभग 10 माइक्रोन जितनी कम हो सकती है। ड्राइविंग वोल्टेज को 100V से कम किया जा सकता है। पीजोइलेक्ट्रिक अनुदैर्ध्य प्रभाव के कारण होने वाली विकृति के लिए, पीजो सिरेमिक में लगभग 0.3 माइक्रोन की विकृति होती है, और एक बहुपरत टुकड़े टुकड़े को कई दसियों माइक्रोमीटर द्वारा विकृत किया जा सकता है।

3.2 डबल डायाफ्राम प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ड्राइवर

लैमिनेटेड प्रकार प्रतिक्रिया विशेषताओं और बल उत्पन्न करने में बेहतर है, और पीजेडटी सामग्री पीजो सिरेमिक डिस्क का नुकसान यह है कि विस्थापन की मात्रा छोटी है। इसलिए, कई सौ माइक्रोमीटर का विस्थापन प्राप्त करने के लिए, डबल डायाफ्राम झुकने वाले प्रकार का उपयोग करना आवश्यक है। डबल डायाफ्राम झुकने का प्रकार दो पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक को एक साथ दबाना है। जब एक टुकड़ा खींचा जाता है, तो दूसरा टुकड़ा छोटा हो जाता है, और विरूपण लागू विद्युत क्षेत्र के समानुपाती होता है। डबल डायाफ्राम झुकने के प्रकार को दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: श्रृंखला और समानांतर। दोनों की मुख्य विशेषताओं की तुलना की गई है। तालिका से देखा जा सकता है कि समानांतर पीज़ोइलेक्ट्रिक डबल डायाफ्राम झुकने वाले प्रकार में समान वोल्टेज के लिए बड़ी विस्थापन राशि होती है।

3.3 पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ड्राइवर प्रदर्शन श्रेष्ठता

1) मोटी फिल्म लेमिनेशन तकनीक का उपयोग करके, एक ठोस पीज़ोइलेक्ट्रिक डिस्क क्रिस्टल जो एकीकृत रूप से सिंटर किया जाता है, बिना किसी बाइंडर के प्राप्त किया जाता है।
2) आईसी प्रक्रिया और इन्सुलेशन प्रौद्योगिकी को शुरू करने से, आंतरिक इलेक्ट्रोड घटक क्रॉस-सेक्शन के अनुरूप होते हैं, और तनाव वितरण एक समान होता है, जिससे क्षति सीमा बढ़ जाती है।
3) पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक परत को पतला कर दिया गया है, और इलेक्ट्रोड पिच को लगभग 10 माइक्रोन तक कम किया जा सकता है, जिससे लो-वोल्टेज ड्राइविंग सक्षम हो सके।
4) एचआईपी प्रौद्योगिकी (आइसोस्टैटिक हॉट प्रेसिंग सिंटरिंग तकनीक) की शुरूआत से उच्च घनत्व प्राप्त किया जा सकता है, और सामान्य सिंटर निकायों की तुलना में यांत्रिक शक्ति लगभग 30% बढ़ जाती है।
5) वोल्टेज ड्राइव, कोई विद्युत चुम्बकीय शोर नहीं।
6) समय के साथ विस्थापन में परिवर्तन, छोटा बहाव और अच्छा तापमान स्थिरता) इसका बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है और पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ड्राइवर अनुप्रयोग के लिए लागत कम है

4.1 यांत्रिक अनुप्रयोग

इम्पैक्ट डॉट मैट्रिक्स प्रिंटर के लिए एक व्यावहारिक प्रिंटहेड प्राप्त किया गया है जो एक लेमिनेटेड पीजोइलेक्ट्रिक एक्चुएटर और एक विस्थापन एम्प्लीफाइंग तंत्र का संयोजन है। इस प्रिंटर हेड में बिजली आपूर्ति वोल्टेज 90 V, विस्थापन आवर्धन लगभग 30 गुना और टर्मिनल विस्थापन लगभग 600 μm है। यह 100 शब्द/सेकंड या उससे अधिक की उच्च गति मुद्रण प्रदर्शन प्राप्त कर सकता है, और इसमें कम बिजली की खपत और कम गर्मी उत्पन्न होती है। इसके अलावा, इसका उपयोग सेमीकंडक्टर विनिर्माण और अल्ट्रा-प्रिसिजन मशीनिंग के लिए अल्ट्रा-प्रिसिजन पोजिशनिंग उपकरणों में भी किया जाता है। विस्थापन अधिकतर सब-माइक्रोन रेंज में होता है। हिस्टैरिसीस और रैखिकता पर विचार करते समय, बंद लूप नियंत्रण पर ध्यान देना चाहिए।

4.2 शक्ति में अनुप्रयोग

पीजोइलेक्ट्रिक पंखे, पीजोइलेक्ट्रिक वाल्व, पीजोइलेक्ट्रिक पंप और अल्ट्रासोनिक मोटर जैसी बिजली इकाइयों में अनुप्रयोग मुख्य रूप से कम बिजली की खपत और पीजोइलेक्ट्रिक एक्चुएटर्स के सटीक नियंत्रण के कारण होते हैं। इन उपकरणों का विस्थापन कई सौ माइक्रोमीटर होना चाहिए, और डबल डायाफ्राम झुकने का प्रकार अक्सर उपयोग किया जाता है, और प्रवाह नियंत्रण के लिए उपयोग किया जाने वाला पीज़ोइलेक्ट्रिक वाल्व व्यावहारिक के करीब है।

4.3 ऑप्टिकल अनुप्रयोग

वर्तमान में, ऑप्टिकल संचार प्रणालियों जैसे नए क्षेत्रों में पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक्चुएटर्स का अनुप्रयोग, जैसे कि लेजर दर्पण की छोटी स्थिति का निर्धारण, फाइबर ऑप्टिक डॉकिंग कपलर और फाइबर ध्रुवीकरण नियंत्रक, व्यापक रूप से किया जा रहा है।

4.4 सेंसर में अनुप्रयोग

एक सामान्य दबाव सेंसर की तुलना में, एक लेमिनेटेड पीजोइलेक्ट्रिक एक्चुएटर छोटे दबाव के साथ एक बड़ा आउटपुट वोल्टेज प्राप्त कर सकता है, और इस प्रकार इसे अत्यधिक संवेदनशील दबाव सेंसर और त्वरण सेंसर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।