Пьезоэлектронные элементы оптических систем
Плоские или сферические зеркала с управляемой геометрией представляют собой биморфные плоские или сферическое конструкции с зеркальными покрытиями. Радиус кривизны изгиба является линейной функцией напряжения. Зеркальная поверхность становится либо выпуклой, либо вогнутой в зависимости от полярности напряжения.
|
Рисунок 50 – Схема включения биморфного элемента. |
|
Рисунок 51 – Конструкция зеркала эндоскопа с управляемой геометрией. |
1- корпус; 2 – прокладка; 3,4 – пьезопластины, образующие круглый биморфный элемент; 5 – гибкая мембрана с отражающей поверхностью; 6- жидкость; 7- электроды.
|
Рисунок 52 – Оптический элемент с изменяемым фокусным расстоянием. |
Чувствительность оптического элемента к управляющему напряжению (и соответственно диапазон изменения его фокусного расстояния) тем больше, чем больше отношение диаметра D пьезоэлементов 3 к диаметру d отверстий в них.
Чувствительность такого оптического элемента может достигать несколько единиц диоптрий на вольт. Так оптический элемент с биморфными элементами диаметром 45 мм и толщиной 1 мм имеющими отверстие диаметром 8 мм при изменении управляющего напряжения от 0 до 300 изменяет оптическую силу от 0 до 25 диоптрий.
|
Рисунок 53 – Оптоволоконный модулятор светового потока. |
1 – световодный кабель; 2- трубчатый БПЭ; 3 – неподвижный световод или фотодатчик.
Интенсивность светового потока на выходе световода управляется изменением изгиба трубки.
На следующем рисунке представлено пьезооптическое сканирующее устройство, которое представляет собой световод, консольно закрепленный в основании 5.
1 – световод (оптически прозрачный пьезодиэлектрик – ниобат лития); 2 – электрод – тонкая электропроводная нить; 3,4,6,7 – внешние электроды; 8 – блок управления.
Движение трубки в вертикальном и горизонтальном направлениях позволяет формировать растр, используемый для преобразования изображений, записываемых на микрофотопленку (либо ввод в ПК).
|
Рисунок 54 – Пьезоэлектрическое сканирующее устройство |
Пьезоэлектрические актюаторы.
Актюаторы – приводы поступательного движения, работающие в микрометровом (миллиметровом) диапазоне с высокой точностью позиционирования.
Основные применения актюаторов:
-растровая микроскопия;
- Микролитография;
- микро позиционирование зеркал, оптических волокон;
- виброкомпенсация и т.п.
Две наиболее распространенные группы актюаторов:
Пакетные 2. Пластинчатые (ленточные)
|
Рисунок 55 – Пакетные актюаторы |
|
Рисунок 56 – Конструкция пакетных актюаторов |
|
Рисунок 57 - Конструкция пакетных актюаторов |
Пакеты актюаторов собирают в виде стержней с числом ПЭ в одном пакете до 200 и более. Целесообразность пакетной конструкции актюатора определяется необходимостью снижения управляющего напряжения. Пакет формируется склеиванием однополярных поверхностей отдельных ПЭ и соединяют их механически последовательно а электрически параллельно. Емкость пакетных актюаторов может достигать десятки мкФ, управляющее напряжение – до 1 кВ. Для питания актюаторов используют специально разработанные драйверы.
Для актюаторов свойственно явление гистерезиса.
|
Рисунок 58 – Гистерезисные зависимости смещения от электрического и механических напряжений |
|
Рисунок 59 – Схема подключения актюаторов |
Для пьезоэлектрических актюаторов свойственны резонансные явления, температурная зависимость входной электрической емкости.
|
Рисунок 60 – Переходной колебательный процесс в пакетном актюаторе |
|
|
Рисунок 61 – Примеры использования актюаторов |
|
Таблица – Основные параметры пакетных актюаторов
Тип |
Длина (мм) |
Ход * макс. (мкм) |
Емкость (нФ) |
Частота резонанса (кГц) |
Развиваемая сила макс. (Н) |
Нагрузка макс. (Н) |
PSt 150/2х3/5 |
5 |
7 / 5 |
70 |
120 |
300 |
300 |
PSt 150/2х3/7 |
9 |
15 / 9 |
170 |
70 |
300 |
300 |
PSt 150/2x3/20 |
18 |
30 / 20 |
340 |
35 |
300 |
300 |
PSt 150/3,5x3,5/7 |
9 |
15 / 9 |
350 |
70 |
80 |
80 |
PSt 150/3,5x3,5/20 |
18 |
30 / 20 |
800 |
35 |
800 |
800 |
PSt 150/5x5/7 |
9 |
15 / 9 |
700 |
70 |
1.800 |
2.000 |
PSt 150/5x5/20 |
18 |
30 / 20 |
1800 |
35 |
1.800 |
2.000 |
PSt 150/7x7/20 |
18 |
30 / 20 |
3600 |
35 |
3.500 |
4.000 |
PSt 150/10x10/20 |
18 |
30 / 20 |
7200 |
35 |
7.000 |
8.000 |
PSt 150/14x14/18 |
18 |
25 / 18 |
10500 |
32 |
11.000 |
16.000 |
PSt 150/2x10/20 |
20 |
30 / 20 |
1000 |
35 |
1.000 |
1.000 |
|
Рисунок 62- Конструкция и внешний вид ленточных актюаторов. |
Применяются в:
• акселерометрах
• аппаратуре чтения для слепых
• качестве клапанов и микро насосов
• системах коммутации
• качестве сенсорных переключателей
• устройствах охлаждения электронных схем и т.п.
|
Рисунок 63- ТРЕХОСЕВОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР АСН-04-08-05
|
Ленточные актюаторы производятся в пяти стандартных размерах (приведены в таблице). В случае необходимости компания готова производить ленточные пьезоприводы по спецификации заказчика.
Тип актюатора |
Каталог № |
Размеры (мм) |
Рабочая длина (мм) |
Общее отклоне-ние (мм)* |
Блок. сила (Н)* |
Частота резо- нанса (Гц) |
Емкость (пФ) |
||
L |
W |
h |
|||||||
600/200/0.60-SA |
40-1010 |
60 |
20 |
0,6 |
53 |
> 2,5 |
> 0,25 |
65 |
170.000 |
490/021/0.60-SA |
40-1025 |
49 |
2,1 |
0,6 |
42 |
> 1,5 |
> 0,05 |
110 |
15.000 |
490/018/0.60-SA |
40-1035 |
49 |
1,8 |
0,6 |
42 |
> 1,5 |
> 0,03 |
110 |
25.000 |
400/200/0.60-SA |
40-1040 |
40 |
20 |
0,6 |
33 |
> 1,0 |
> 0,40 |
175 |
115.000 |
350/025/0.60-SA |
40-1055 |
35 |
2,5 |
0,6 |
28 |
> 0,7 |
> 0,06 |
245 |
12.000 |