Сканер с пьезоэлектрической трубкой

Сканеры с пьезоэлектрической трубкой представляют собой тонкие цилиндры
из пьезоэлектрического материала с радиальными полюсами с четырьмя
внешними электродами и непрерывным внутренним электродом. Когда
напряжение подается на один из внешних электродов, стенка привода
расширяется, что вызывает вертикальное сжатие и большой боковой прогиб
наконечника трубки. Кольцевой электрод может использоваться для
вертикального или радиального растяжения и сжатия.
Сканеры с пьезоэлектрической трубкой широко используются в зондовых
микроскопах и в таких случаях, как растягивание волокон и сканирование
пучком. Индивидуальные размеры и/или технические характеристики
предоставляются по запросу.

Принцип действия

Когда основание трубы закреплено, перемещения наконечника
Δx и Δy составляют приблизительно:


Где Δx и Δy - отклонения по осям X и Y, d31 - постоянная
пьезоэлектрической деформации, L - длина трубки, D - внешний
диаметр, h - толщина трубки, а VX и VY - напряжения на электродах,
которые прикладываются противоположно по обе стороны трубки.
Трубка отклоняется в том же направлении, что и положительное
напряжение на электродах. Положительное напряжение,
приложенное ко всем четырем квадрантам, заставит трубку
сжиматься вертикально и расширяться радиально. Изменение

длины составляет:

Изменение наружного диаметра из-за положительного
напряжения, приложенного ко всем четырем квадрантам,
составляет приблизительно:

Диапазон расширения в вертикальном и радиальном направлениях
может быть удвоен путем подачи на внутренний и внешний
электроды противоположных напряжений.

Диапазон размеров

Наружный диаметр	Толщина стенки	Высота
1.524mm	0.254mm	3.175mm к 76.2mm
2.54mm	0.3048mm
3.175mm	0.381mm
6.35mm	0.508mm
9.525mm	0.762mm

Технические данные

Модель	Длина [mm]±0.2	Наружный диаметр [mm]±0.2	Толщина стенки [mm]±0.1	Зазор между электродами [mm]±0.3	Макс. напряжение [V]	Диапазон сканирования [μm]±30%	Ход в Z [μm]±30%	Резонансная частота [kHz]±20%	Емкость квадранта [nF]±30%
1005	10	5	0.66	0.7±0.3	±264	3.8	2.1	25	3
2005	20	5	0.66	0.7±0.3	±264	15	4.2	6.3	6
3507	35	7	0.66	0.7±0.3	±264	39	7.4	3	10
5009	50.8	9.5	0.66	0.7±0.3	±264	52	10	1.9	17
5509	55	9	0.6	0.7±0.3	±250	66	12	1.6	17
6006**	60	6	0.65	0.7±0.3	±260	114	12	0.85	12

Примечание: При работе резонансе напряжение, подаваемое на пьезоэлемент должно быть ниже 5% от макс. напряжения.
** : рекомендуемый предел нагрузки для сканирования ниже 100 Гц составляет 10г.

В конфигурации с управляемым внутренним электродом
электроды X и Y приводятся в движение стандартным
способом с равными и противоположными напряжениями.
Этот метод использует более высокую напряженность
положительного электрического поля пьезоэлектрического
материала, которая обычно в пять раз превышает
напряженность отрицательного электрического поля.
Необходимо следить за тем, чтобы на внутренний электрод
не подавалось положительное напряжение, так как это
может привести к деполяризации.

Характеристики	Обозначение	Параметры	Ед. измерения
Пьезоэлектрическая константа	d33	600	10-12m/V
	d31	-270	10-12m/V
	g33	19.4	10-3Vm/N
	g31	-9.2	10-3Vm/N
Электромеханический коэффициент связи	Kp	0.65	NA
	Kt	0.37	NA
	K31	0.38	NA
Постоянная частота	Np	1980	Hz-m
	Nt	1950	Hz-m
	N31	1450	Hz-m
Эластичная константа	Y33	5.3	1010N/m2
	Y11	7.2	1010N/m2
Q фактор	Qm	80	NA
Диэлектрическая константа	e33/e0	3500	@1kHz
Коэффициент рассеяния	tan δ	2.5	% @1kHz
Температура Кюри	Tc	220	°C
Плотность	ρ	7.8	g/cm3

Опции / OEM персонализация

• Нестандартные размеры и толщина
• Нестандартные конфигурации электродов
• Нестандартные размеры и толщина
• Нестандартные конфигурации электродов

Проводка

Провода можно прикрепить с помощью токопроводящей
эпоксидной смолы (Circuitworks CW2400) или припоя и
канифольного флюса. Пьезоэлектрические трубки могут
поставляться с проводами, присоединенными ко всем
внешним и внутренним электродам.

Криогенная совместимость

Материал PZT-5H хорошо работает при криогенных
температурах. В качестве ориентира чувствительность к
смещению снижается в 5 раз. Однако при криогенных
температурах приложенное напряжение может быть
увеличено с +/-250 В до +/-1000 В, что позволяет
восстановить большую часть отклонения при комнатной
температуре, но требует высокого напряжения.
Например, прогиб трубки 5509 составляет 66 мкм при
приложенном напряжении +/-250V. При криогенных
температурах смещение уменьшится до 66 мкм×0,2=13,2
мкм. Однако, если напряжение увеличить до +/-500V,
отклонение составит приблизительно 66
мкм×0,2×500/250=26,4 мкм. Если напряжение увеличить до
+/-1000V, смещение составит приблизительно 66
мкм×0,2×1000/250=52,8 мкм.

Пример применения

 Сканирование по волокну

Совместимость с вакуумом

Пьезоэлектрические трубки не
содержат никаких выделяющих
газ материалов и полностью
совместимы с вакуумом.

Рекомендуемый контроллер

• Низкий уровень шума
• Шесть каналов
• Биполярный
• 250V выход

Установка

Наиболее распространенной конфигурацией крепления является консольное расположение с фиксированным основанием и
свободным концом. Основание может быть приклеено непосредственно к изолирующей поверхности с помощью
двухкомпонентного эпоксидного клея или цианакрилата высокой вязкостиl. Пьезоэлектрические трубки также могут быть
приклеены к проводящей поверхности путем удаления небольшого количества электрода.

Электроды

Трубки поставляются с никелевым тонкопленочным электродом. Внутренний электрод сплошной, а внешние электроды разделены.
Площадка электрода может быть удалена разбавленной азотной кислотой. Нестандартные конфигурации электродов доступны по
запросу. Спецификация электродного зазора - это длина внешнего электрода, удаленного с обоих концов, которая обеспечивает
электрический зазор до монтажной поверхности. В ситуациях, требующих высоких магнитных полей, никелевые электроды могут
быть заменены на медные или золотые. Медь является экономичным выбором, но золото обеспечивает превосходную
коррозионную стойкость и электропроводность.