压电换能器的研制及其在精密工程中的应用

　　本文首先介绍T压电器件在航天、航空、精密机械制过、控制等高新技术领域中的应用，分析了不同炎型压电陶瓷材料和各种不同压电琴件的性能;最后指出设计和研制中的一些问题。

一、压电换能器的应用

　　压电陶瓷的基本特性一是压电效应，另一个是逆压电效应。而后者从工作机理上又分成逆压电效应型和电致伸缩型。过去压电陶瓷的压电效应主要用在传感技术方面;利用逆压电效应构成压电陶瓷换能器主要应用在水声和少数超声领域。如今，高新技术的迅速发展为压电技术的应用提供了更多、更广的领域，也同时提出了更高、更严的要求。下面简单介绍几组压电换能器在梢密工程中的新应用。

　　1、行波主动控制技术

　　该项控制技术目前主要用于航天、航空中的一些空间结构上，其工作原理如图!所示。为了控制梁的振动，首先用加速度传感器拾取信号，通过主控单元，实时控制压电换能器作伸缩变形，产生相反振动，实现结构振动的主动控制。

　　2、机床控制

　　提高机床加工精度的一条有效途径，是给机床主轴回转以误差补偿。该技术的关键部分是误差补偿执行件。图2为一误差补偿控制系统示意图。一组振动测微仪用于测量机床主轴的误差运动，经适当数据处理后，控制误差补偿执行件，驱动刀具作补偿切削。过去执行机构一般是机械式、液压式或机电式，结构复杂，性能又不好。利用压电陶瓷换能器可以构成静、动态特性近乎理想的执行件。图3为其原理示意图。其中利用压电陶瓷研制成的微位移器、行程可达士8林m，线性度为0.12%。经适当修正后频率响应特性也很平直。

　　3、振动切削系统

　　振动切削技术的优良工艺效果已为世人公认，特别是在难切削材料加工和高精度加工中振动切削更显示出其独特的优越性。然而目前振动切削系统中、激振器是采用磁致伸缩振子，结构宠大，效率极低.图4为一典型振动切削系统示意图。利用压电陶态研制成换能器振子，可以取代电致伸缩换能器，从而提高系统的效率，降低驱动功率，简化结构，进一步获得实用化的振动切削系统。

　　二、压电换能器的性能

　　l、压电陶瓷材料

　　压电换能器是利用压电陶瓷的逆压电效应和电致伸缩效应，进行工作，一般为:

　　(l)式中第一项表示换能器的逆压电效应，在工作温度低于居里温度时发生.第二项是当工作温度高于居里温度时，压电陶瓷所具有的电致伸缩效应。因此，通常压电陶瓷可以按上述不同工作机理分成两类.应用中应根据不同的性能要求，选择合适的压电陶瓷材料。