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1、劉雲輝,1,壓電材料應用與超音波換能器設計精密產業機械與線上檢測技術國際研討會南台科技大學 機械工程系報告人：劉雲輝November 22,2001,劉雲輝,2,壓電材料介紹與應用 壓電材料特性 高剛性奈米位移壓電驅動器 壓電致動器為設計之主被動防震平台 超音波換能器設計 超音波換能器應用,大 綱,劉雲輝,3,壓電材料介紹與應用,PZT壓電材料是由鉛(Plumbum)，鋯(Zirconate)，鈦(Titanate)等元素所組成，其全名為Lead Zirconate Titanate。化學式為Pb(Zr-Ti)O3極化是成為壓電材料的一個重要的程序，經過極化後，將原本雜亂的極子，使其成為規則排
2、列的極子，而極化的電壓必須大於2000v/mm,劉雲輝,4,壓電效應,壓電現象是機械能與電能之間的能量轉移現象某種結晶材料受到壓力或張力時，表面會產生電荷，形成電場與電壓，此種現象稱為正效應若加入電場使其產生形變，此種稱為逆效應,劉雲輝,5,壓電材料之特性,劉雲輝,6,Displacement of PZT Ceramics,applied electric field strength E piezoelectric material used piezoelectric strain coefficients dij the relationship between the applied
3、 electrical field and the mechanical strain produced the length L of the PZT ceramics,劉雲輝,7,高剛性奈米位移壓電驅動器,奈米級位移解析度、快速反應、大出力 解析度受限於壓電放大器雜訊、感測器或控制電路雜訊、機械結構設計 最大位移 最大出力,劉雲輝,8,壓電致動器為設計之主被動防震平台,何謂振動隔離系統(Vibration Isolation System)為達到精密定位及量測的需求，必須設法降低外界進來的振動干擾對系統的影響，這種用來隔離外界振動干擾的裝置或機構所形成的系統，稱之為振動隔離系統。一般設計上
4、可分被動式及使用致動器的主動式兩種。,劉雲輝,9,主動、被動式的優缺點,較昂貴,便宜,成本,快，為外加能量的控制方式,慢，只靠振動能自然發散,反應速度,在高反饋增益下易造成不穩定,穩定性佳,穩定性,低頻效果佳,共振頻率 倍以上頻率範圍有降低，低頻效果差,隔離地面震動效果,感測器及致動所構成之閉迴路控制器、低剛度支架,被動式阻尼器、低剛度支架,構成元件,主動式,被動式,改進方式：希望結合被動式穩定及主動式好的振動控制效果等 優點，而避開其缺點，故有主、被動層串聯的設計,劉雲輝,10,超音波換能器設計,換能器的自然頻率 換能器的振動模態,where，n=1,2,3,劉雲輝,11,有限元素分析,劉雲輝,12,超音波致動器,劉雲輝,13,超音波換能器應用(加速乳化),劉雲輝,14,
