壓電納米運(yùn)動與控制系統(tǒng)產(chǎn)品的詳細(xì)介紹

哈爾濱芯明天科技有限公司專注于納米級精密運(yùn)動定位產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，主要服務(wù)于制造高端精密設(shè)備的客戶。公司產(chǎn)品已基本覆蓋全國高校、科研院所以及高端精密設(shè)備制造企業(yè)，并遠(yuǎn)銷歐、美、日、韓等國家。

經(jīng)過近二十年的快速發(fā)展，芯明天公司積累了豐富的壓電納米運(yùn)動與控制系統(tǒng)的研發(fā)、設(shè)計與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，定制的方案達(dá)幾萬件，應(yīng)用的場景更是多種多樣。

下面，我們來了解下，芯明天都有哪些壓電納米運(yùn)動與控制產(chǎn)品？以及在您的選購過程中，應(yīng)該如何選擇呢？

一、PZT壓電陶瓷系列

芯明天的壓電陶瓷以PZT鋯鈦酸鉛材料的壓電陶瓷為主，根據(jù)它的結(jié)構(gòu)不同、運(yùn)動方式及應(yīng)用場景等不同，它又分很多種類。

例如，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分為單層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)以及復(fù)合結(jié)構(gòu)型。

若您是用來作聲吶、超聲清洗機(jī)等超聲振動使用，則可選擇單層型壓電陶瓷，它的特點(diǎn)是頻率高、功率大且成本低。若您是用來做光學(xué)移相、微納米級精確定位等使用，則應(yīng)選擇多層壓電陶瓷，它的特點(diǎn)是行程大、位移穩(wěn)定、精度高、驅(qū)動電壓低等。

而根據(jù)運(yùn)動方式來分，芯明天PZT壓電陶瓷又可分為很多類，如直線運(yùn)動型、彎曲型、剪切型、二維掃描型、三維運(yùn)動型、管狀膨脹型、管狀三維掃描型等。

對于每種運(yùn)動類型的壓電陶瓷，都會有很多型號。例如，直線型壓電陶瓷就會有成百上千個型號，這該如何選擇呢？這主要取決于您對壓電陶瓷的運(yùn)動位移要求以及出力要求，這兩項(xiàng)要求決定著壓電陶瓷的尺寸（例如高度及截面積）。此外，再根據(jù)您的驅(qū)動電壓、驅(qū)動頻率要求，再進(jìn)行具體型號的篩選。

二、壓電陶瓷促動器系列

壓電陶瓷促動器是對壓電陶瓷進(jìn)行封裝，并加載有預(yù)緊力的壓電陶瓷，它可產(chǎn)生直線運(yùn)動。它的內(nèi)部可集成高可靠性疊堆式低壓/高壓PZT壓電陶瓷，外部由柱形不銹鋼外殼保護(hù)。較高的內(nèi)部機(jī)械預(yù)載力可適用于高負(fù)載、高動態(tài)應(yīng)用。封裝式壓電陶瓷促動器可產(chǎn)生的出力達(dá)50000N，使其非常適于機(jī)床、主動振動絕緣或自適應(yīng)力學(xué)等。封裝式壓電陶瓷促動器的小體積、高諧振頻率的特點(diǎn)又使其非常適于掃描顯微、激光調(diào)諧、光束偏轉(zhuǎn)、膜片鉗或干涉移相等應(yīng)用。

封裝壓電陶瓷促動器可分為開環(huán)（無定位反饋傳感器）和閉環(huán)（集成定位反饋傳感器）版本。開環(huán)下，它的分辨率是無限高的，只受控制設(shè)備的噪聲的限制，但是由于壓電陶瓷的遲滯和蠕變特性，使其重復(fù)性和穩(wěn)定性較低。但閉環(huán)版本，可以解決遲滯和蠕變問題。

在選購壓電陶瓷促動器時，同樣先確定位移及負(fù)載參數(shù)，再根據(jù)驅(qū)動電壓即可初步確定產(chǎn)品的型號。

三、機(jī)構(gòu)放大促動器系列

機(jī)構(gòu)放大式壓電促動器是通過機(jī)械放大結(jié)構(gòu)，將預(yù)載的低壓壓電陶瓷疊堆產(chǎn)生的位移，進(jìn)行放大輸出的促動器。

與上面的壓電促動器相比，機(jī)構(gòu)放大促動器在同體積下，位移更大，但出力相對較小。

機(jī)械放大結(jié)構(gòu)為橢圓形機(jī)械殼體，它的材料一般為鋼，它對壓電疊堆陶瓷除了提供優(yōu)化預(yù)緊力外，也對疊堆陶瓷起到保護(hù)作用，使其免于承受拉力，過大的拉力對壓電疊堆陶瓷會產(chǎn)生不可逆甚至致命的損壞。橢圓機(jī)械放大結(jié)構(gòu)也為用戶提供了易于集成的機(jī)械接口。

此外，芯明天也可提供閉環(huán)版本機(jī)構(gòu)放大促動器，即配有傳感器的機(jī)構(gòu)放大促動器。

機(jī)構(gòu)放大促動器-閉環(huán)版

·配有閉環(huán)反饋傳感器

·高重復(fù)度、高線性度

四、壓電線夾/壓電鉗系列

壓電線夾也稱為壓電鉗，是專為夾持金線、銀線、銅線等而設(shè)計研發(fā)的產(chǎn)品，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快以及分辨率高的特點(diǎn)。由于壓電陶瓷的變形量較小，一般采用機(jī)械放大式結(jié)構(gòu)，將壓電陶瓷的位移進(jìn)行適當(dāng)放大輸出。

壓電線夾主要應(yīng)用于全自動鍵合機(jī)，它的快速響應(yīng)及適當(dāng)?shù)膴A持力，為芯片導(dǎo)線焊接過程中的高效率提供了保障。動態(tài)快速的開合過程，不受壓電陶瓷遲滯及蠕變的影響。

壓電線夾也可選擇閉環(huán)版本，如下圖中的壓電線夾，是一款閉環(huán)式壓電鉗。它可對夾持過程進(jìn)行監(jiān)測。

壓電鉗-閉環(huán)版

·配有閉環(huán)反饋傳感器

·高重復(fù)度、高線性度

五、壓電式光纖相位調(diào)制器系列

壓電式光纖相位調(diào)制器也可稱為光纖拉伸器，它是將壓電陶瓷裝配到柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)可將壓電陶瓷的位移及出力輸出，并可將光纖纏繞于外徑凹槽內(nèi)，壓電陶瓷產(chǎn)生的位移沿徑向輸出，改變周長，從而將光纖拉伸。

該壓電光纖相位調(diào)制器也可選擇宇航版本，以適用于特殊環(huán)境應(yīng)用。

在選型過程中，請注意：壓電式光纖相位調(diào)制器上可纏繞的光纖并非是無限長的，拉伸光纖所需要的力，一定要小于該光纖拉伸器的出力，否則會導(dǎo)致光纖拉伸無效果。

若拉伸的光纖很長，推薦您選擇多個光纖相位調(diào)制器，采用同時控制，使其產(chǎn)生更大的拉伸位移。

光纖纏繞效果圖

·不可無限纏繞光纖

·必要時，可采用多個光纖拉伸器

六、壓電千分尺及宏微復(fù)合平臺系列

壓電千分尺是將壓電微運(yùn)動平臺與千分尺相結(jié)合，既可通過千分尺進(jìn)行手動粗調(diào)節(jié)，又可通過壓電平臺進(jìn)行微納米級精調(diào)。壓電平臺可集成到您的設(shè)備中，同時，若您需要載物平臺，芯明天也可提供帶移動載物平臺的宏微復(fù)合平臺。

壓電宏微復(fù)合平臺，可選擇一維至三維版本，此外，還可選擇真空版本。

一維運(yùn)動/三維運(yùn)動/三維運(yùn)動真空版

七、壓電納米定位臺系列

壓電納米定位臺的外觀是以一個完整平臺形式呈現(xiàn)，它也是以壓電陶瓷作為驅(qū)動源，結(jié)合柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸、Z軸、XY軸、XZ軸、XYZ軸及六軸精密運(yùn)動的壓電平臺。它的驅(qū)動形式包括壓電陶瓷直驅(qū)機(jī)構(gòu)式以及放大機(jī)構(gòu)式。

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通常直驅(qū)結(jié)構(gòu)壓電納米定位臺的位移相對小，但承載能力強(qiáng)；放大機(jī)構(gòu)式壓電納米定位臺的運(yùn)動范圍較大，可達(dá)毫米級，但承載能力通常低于直驅(qū)結(jié)構(gòu)。

芯明天壓電納米定位臺具有體積小、無摩擦、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可選配置高精度傳感器，可以實(shí)現(xiàn)納米級分辨率及定位精度，且具有極高的可靠性，壓電納米定位臺在精密定位領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

壓電納米定位臺可選無中空或有中空版本，中空版本適用于透射光的光學(xué)應(yīng)用，如光學(xué)移相、光學(xué)顯微成像。

八、直線壓電馬達(dá)平臺系列

在前述的產(chǎn)品中，都是利用機(jī)械直驅(qū)或放大結(jié)構(gòu)原理，但直線壓電馬達(dá)不同，它是將PZT壓電陶瓷作為一個馬達(dá)，通過壓電陶瓷的連續(xù)步進(jìn)，通過摩擦原理，使得移動桿/面產(chǎn)生幾毫米至上百毫米的行程。

直線壓電馬達(dá)平臺采用壓電微驅(qū)動技術(shù)，即利用壓電微位移致動器實(shí)現(xiàn)高精度定位和運(yùn)動的技術(shù)，將壓電陶瓷在一定電場作用下的微變形量，經(jīng)過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，輸出宏動直線毫米級行程。直線運(yùn)動行程可選25、50、100mm，可達(dá)亞納米級分辨率。并且，可選配閉環(huán)伺服傳感器（增量式編碼器），具有更高的定位精度。

九、旋轉(zhuǎn)壓電馬達(dá)平臺系列

旋轉(zhuǎn)壓電馬達(dá)平臺同樣是將壓電陶瓷作為驅(qū)動馬達(dá)，利用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，巧妙地將壓電陶瓷的連續(xù)直線微位移步進(jìn)，轉(zhuǎn)換為機(jī)械平面的宏觀角度運(yùn)動，行程360°，且雙向可調(diào)。

旋轉(zhuǎn)壓電馬達(dá)平臺也可選配閉環(huán)反饋傳感器，即增量式編碼器，從而保證旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的精確度。

十、快速刀具定位臺系列

快速刀具定位臺是為超精密車削加工而研發(fā)設(shè)計的，利用自身所具有的高響應(yīng)頻率、高剛度、高精度等特性，驅(qū)動刀具在運(yùn)動方向快速微進(jìn)給，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜面形工件或結(jié)構(gòu)的精密加工。

芯明天超精密快速刀具定位臺大出力版本可產(chǎn)生3000N的出力，而大承載力版本的承載能力可達(dá)20kg。并且，在1μm行程下的工作頻率可達(dá)600Hz。

芯明天可定制更大出力、更高頻率的快速刀具定位臺。

十一、壓電物鏡定位器系列

壓電物鏡定位器是專門為調(diào)整物鏡聚焦、顯微而設(shè)計的，它可集成到物鏡的上方，裝入顯微檢測/測量或者觀測裝置，帶載物鏡進(jìn)行調(diào)焦，提高精度，能與多種高分辨率的顯微鏡配合使用。

壓電物鏡定位器與物鏡之間通過適配器連接，將物鏡快速鎖定在預(yù)期位置。多種螺紋牙可選，如M27×0.75、M26×0.75、M26×1/36"、M25×0.75、W0.8×1/36"等，也可定制安裝螺釘，便于與顯微鏡集成安裝?？善ヅ洳趟尽⒛峥?、奧林巴斯、徠卡等多種標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。

十二、壓電偏擺/旋轉(zhuǎn)臺系列

壓電偏擺/旋轉(zhuǎn)臺是產(chǎn)生角度運(yùn)動的壓電平臺，它通過壓電陶瓷的驅(qū)動進(jìn)行精密角度調(diào)整，可選擇二維θx、θy運(yùn)動的壓電偏擺臺，也可同時配備Z向直線運(yùn)動；也可選擇單獨(dú)的θz旋轉(zhuǎn)的壓電旋轉(zhuǎn)臺；此外，還有六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺，芯明天將六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的推桿更換為壓電陶瓷促動器驅(qū)動，與常見版本六自由度相比，提供了更高的定位精度及更快的響應(yīng)速度。

該系列非常適于激光光束掃描以及激光合束等光路調(diào)整應(yīng)用。具有中心通孔的壓電偏擺臺，可帶載鏡片達(dá)100mm×100mm。

十三、壓電偏轉(zhuǎn)鏡系列

壓電偏轉(zhuǎn)鏡與壓電偏擺臺類似，都是以產(chǎn)生θx、θy角度偏轉(zhuǎn)運(yùn)動為主，但壓電偏轉(zhuǎn)鏡的體積更小巧，也更多被用于光學(xué)反射中。

芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡可選擇單軸θx版本、雙軸θx、θy版本以及三軸θx、θy及Z版本。壓電偏轉(zhuǎn)鏡是基于平行運(yùn)動學(xué)設(shè)計，兩個方向偏轉(zhuǎn)運(yùn)動共用同一個移動面。內(nèi)部四個壓電促動器是成對的差分控制，決定了平臺偏轉(zhuǎn)運(yùn)動。這使得壓電偏轉(zhuǎn)鏡在較大溫差變化范圍的環(huán)境中具有非常優(yōu)秀的角度定位穩(wěn)定性。

內(nèi)部采用芯明天疊堆型壓電促動器可保證最高的可靠性。特殊樹脂絕緣使其可抵抗環(huán)境濕度及漏電流故障。在可靠性及壽命上遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)壓電促動器。

在壓電偏轉(zhuǎn)鏡的移動臺面上，可安裝反射鏡片，通過壓電偏轉(zhuǎn)鏡的快速轉(zhuǎn)向，進(jìn)行毫秒級的快速光路調(diào)整，如光通信、激光加工、自適應(yīng)光學(xué)等。

十四、壓電陶瓷控制器系列

壓電陶瓷控制器是用于驅(qū)動壓電陶瓷產(chǎn)生形變運(yùn)動的，前述的所有產(chǎn)品都需要相應(yīng)的壓電控制器進(jìn)行驅(qū)動。

壓電控制器一般通過模擬輸入或數(shù)字輸入進(jìn)行控制，具有功率放大功能，且輸出電壓、輸出頻率可調(diào)，用于驅(qū)動以壓電陶瓷為驅(qū)動源的壓電運(yùn)動產(chǎn)品的控制器、驅(qū)動電源等。

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，壓電陶瓷控制器主要分為模塊化、集成式、工業(yè)式、板卡式、宇航級等控制器產(chǎn)品。

根據(jù)通道數(shù)、功率大小、尺寸大小等要求，可選擇不同系列的壓電陶瓷控制器產(chǎn)品。

芯明天E00/E01系列模塊化控制器由功率放大模塊、PZT傳感器控制模塊、顯示與接口模塊、機(jī)箱與供電四類不同功能的模塊組成；不同功能的模塊通過機(jī)箱內(nèi)的公共信號連接底板將各模塊間進(jìn)行相連，不同功能和性能參數(shù)的多種獨(dú)立模塊相互組合可構(gòu)成上百種不同功能與性能參數(shù)的產(chǎn)品，真正地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化和層次化，極大地滿足不同客戶應(yīng)用的需要。

針對小體積應(yīng)用要求，芯明天公司為此研發(fā)設(shè)計了多款小體積壓電驅(qū)動控制器，它們的特點(diǎn)是體積小巧、重量輕、大功率、低功耗、高帶寬、低紋波噪聲。采用DC24V供電、集成數(shù)字與模擬控制功能、開/閉環(huán)可選、RS-232/RS-422/USB通訊可選，外部可設(shè)定控制功能，操作簡單便捷。機(jī)身帶有散熱區(qū)域，可快速導(dǎo)出產(chǎn)生的熱量。

為滿足用戶產(chǎn)品研制需求，芯明天支持板卡式壓電控制器的設(shè)計與定制，可以根據(jù)客戶需求，以及空間的限制提供產(chǎn)品方案。

此外，芯明天可定制軍工、宇航應(yīng)用的壓電控制器。

十五、百通道壓電陶瓷驅(qū)動電源系列

為驅(qū)動自適應(yīng)光學(xué)、相控陣、變形鏡等應(yīng)用中壓電陶瓷數(shù)量較多的應(yīng)用場景，芯明天提供百通道壓電陶瓷驅(qū)動電源。芯明天標(biāo)準(zhǔn)壓電陶瓷驅(qū)動電源的通道數(shù)可達(dá)256通道。

因該應(yīng)用的工作環(huán)境的特殊，芯明天多通道壓電陶瓷驅(qū)動電源進(jìn)行了特殊的設(shè)計和選材，并經(jīng)過了非常嚴(yán)格的環(huán)境實(shí)驗(yàn)，如鹽霧試驗(yàn)、霉菌試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、電磁兼容試驗(yàn)、振動試驗(yàn)等，滿足《GJB150A-2009軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》系列標(biāo)準(zhǔn)。

又因不同用戶的應(yīng)用環(huán)境的不同，經(jīng)常需要針對用戶進(jìn)行定制設(shè)計，芯明天以多年積累的經(jīng)驗(yàn)，深度了解該類應(yīng)用細(xì)節(jié)，可提供快速定制設(shè)計、快速供貨且產(chǎn)品質(zhì)量保障。

十六、壓電應(yīng)變傳感器系列

壓電應(yīng)變傳感器是一個相對特殊的產(chǎn)品，它是基于壓電的形變傳感器。應(yīng)變傳感器主要用于測量一個結(jié)構(gòu)表面的形變。通常，在施加力的整個過程，機(jī)械的承載結(jié)構(gòu)會受到比所需要的力更大或更小的拉力或壓縮力應(yīng)變，應(yīng)變傳感器即可對其進(jìn)行間接的動態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)力測量，并且力與應(yīng)變的關(guān)系是足夠線性的，有效滿足精確測量和監(jiān)控的要求。利用應(yīng)變進(jìn)行間接測量時，力的分流可接近99%，遠(yuǎn)高于直接測量。

應(yīng)變ε是無量綱的，即沒有單位的物理量。國際單位制中應(yīng)變ε作為一個相對量度，它的單位為米/米（m/m）。我們使用με作為相對應(yīng)變的單位，1με=1微應(yīng)變=10^-6m/m=1μm/m。

應(yīng)變傳感器可對力進(jìn)行過程監(jiān)控，例如對焊接力的監(jiān)控。

上述，就是芯明天產(chǎn)品的大概介紹，但實(shí)際的產(chǎn)品遠(yuǎn)比這些要多得多。如果您對壓電產(chǎn)品有相應(yīng)的需求，芯明天非常歡迎您聯(lián)系我們，我們定以快速的響應(yīng)為您提供適用于您應(yīng)用的壓電解決方案。