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壓電陶瓷的諧振頻率是如何定義的？

壓電陶瓷屬于振蕩機(jī)械系統(tǒng)，諧振頻率是在壓電陶瓷一端固定另一端自由移動(dòng)狀態(tài)下采用非常低的電壓信號(hào)激勵(lì)下測(cè)得的。

壓電陶瓷的諧振頻率是由壓電陶瓷的剛度以及其有效質(zhì)量所決定的，也可以通過(guò)公式計(jì)算得出：

當(dāng)外部負(fù)載后壓電陶瓷的諧振頻率會(huì)改變嗎？

答案是肯定的，當(dāng)有外部機(jī)械負(fù)載作用在壓電陶瓷上時(shí)，壓電機(jī)械系統(tǒng)的諧振頻率會(huì)有所降低，具體數(shù)值我們可以通過(guò)以下公式計(jì)算得出：

舉例：芯明天封裝型壓電陶瓷PSt150/10/80 VS10的諧振頻率為12kHz， 有效質(zhì)量大概為10g， 帶載150g負(fù)載之后，諧振頻率變約為3kHz。

以上理論計(jì)算得出的數(shù)據(jù)可以用于實(shí)驗(yàn)的理論分析，實(shí)際數(shù)據(jù)需以測(cè)試為準(zhǔn)。

當(dāng)外部負(fù)載重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)壓電陶瓷有效質(zhì)量的時(shí)候，我們就可以忽略壓電陶瓷的質(zhì)量，系統(tǒng)諧振頻率的計(jì)算公式變?yōu)椋?/span>

放大機(jī)構(gòu)壓電機(jī)械系統(tǒng)的諧振頻率

由于放大機(jī)構(gòu)的壓電機(jī)械系統(tǒng)會(huì)將壓電陶瓷產(chǎn)生的形變放大n倍，壓電陶瓷的剛度將低到1/n2,系統(tǒng)的剛度則變?yōu)镃ges=C_F+C_T/n2，相比壓電陶瓷原始的諧振頻率值，系統(tǒng)諧振頻率大大降低。比如芯明天壓電掃描臺(tái)P18.X300，臺(tái)體采用機(jī)構(gòu)放大設(shè)計(jì)原理，行程可達(dá)370μm，內(nèi)部采用的壓電陶瓷的諧振頻率為16kHz，壓電掃描臺(tái)的空載諧振頻率為600Hz.

參數(shù)表中的數(shù)值解讀

通常，我們會(huì)在壓電陶瓷的參數(shù)表中給出長(zhǎng)度方向的諧振頻率值，壓電陶瓷在加工生產(chǎn)的過(guò)程中由于生產(chǎn)的工藝不同，對(duì)其機(jī)電性能會(huì)產(chǎn)生一定的影響。因此參數(shù)表中給出的諧振頻率會(huì)有少許的偏差。

壓電陶瓷可以在諧振頻率點(diǎn)上使用嗎？

對(duì)于單層壓電陶瓷來(lái)說(shuō)當(dāng)然可以，因?yàn)閱螌訅弘娞沾赏ǔＪ窃谥C振點(diǎn)上使用，此時(shí)可以獲得zui大的振幅。

但對(duì)于我們今天探討的疊堆型壓電陶瓷來(lái)說(shuō)則不可以，且疊堆壓電陶瓷要遠(yuǎn)低于它的諧振點(diǎn)使用，這是因?yàn)槭艿綁弘娞沾身憫?yīng)時(shí)間即階躍時(shí)間、功率、動(dòng)態(tài)力等多種因素的限制。

階躍時(shí)間：壓電陶瓷在電壓激勵(lì)信號(hào)下在zui短的時(shí)間內(nèi)膨脹伸長(zhǎng)到zui大位移，這個(gè)時(shí)間我們稱(chēng)之為階躍時(shí)間，它是由壓電陶瓷的諧振頻率決定的（但需保證所采用的壓電控制器需要具有足夠大的電流）：

芯明天封裝壓電陶瓷PSt150/7/20 VS12配套E52系統(tǒng)大功率壓電控制器?？梢詫?shí)現(xiàn)33μs的階躍時(shí)間。

疊堆壓電陶瓷只有一個(gè)諧振頻率嗎？

壓電陶瓷參數(shù)表所給出的諧振頻率通常為軸向即長(zhǎng)度方向的諧振頻率，我們可以看出，相同橫截面積的壓電陶瓷長(zhǎng)度越短，諧振頻率越大。

但壓電陶瓷不只有軸向諧振頻率，還存在其他諧振頻率。當(dāng)長(zhǎng)寬比大的時(shí)候，彎曲模式的諧振頻率比軸向諧振頻率低。壓電陶瓷還存在徑向諧振頻率，當(dāng)直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陶瓷長(zhǎng)度的時(shí)候，徑向諧振頻率低于軸向諧振頻率。

在諧振頻率以下使用，壓電陶瓷的形變會(huì)跟隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)而變化，在諧振點(diǎn)上壓電陶瓷發(fā)生共振，驅(qū)動(dòng)信號(hào)與壓電陶瓷作動(dòng)會(huì)存在較大的相差。