澳大利亞Piezodrive,TB 系列,壓電式管材掃描儀,用于納米定位的壓電管掃描儀

澳大利亞Piezodrive,TB 系列,壓電式管材掃描儀,用于納米定位的壓電管掃描儀

TB 系列壓電式管材掃描儀

壓電管掃描儀是由徑向極化壓電材料的薄圓柱體，具有四個外部電極和一個連續(xù)的內(nèi)部電極。當(dāng)電壓施加到其中一個外部電極上時，管的自由端將向施加的電壓彎曲。垂直延伸是通過向所有外部電極施加相等的電壓，或通過向內(nèi)部電極施加電壓來實現(xiàn)的。

壓電管掃描儀廣泛用于掃描探針顯微鏡作為 XYZ 納米定位器，以及其他應(yīng)用，例如顯微作和光束掃描。這些管子可以單獨訂購，也可以選擇包括用于連接 TD250-INV 放大器的接線和連接器，并帶有易于組裝的安裝表面。可根據(jù)要求提供定制尺寸和/或電極配置。

筆記：

  1. 長度公差 +/-0.2 mm
  2. 直徑公差 +/-0.2 mm
  3. 厚度公差 +/-0.1 mm
  4. 外部電極之間以及電極與管端之間的間隙。公差 +0.3 mm， -0.2 mm
  5. 任何外部電極和接地的內(nèi)部電極之間的最大推薦雙極電壓。
  6. 當(dāng)最大電壓施加到 X 或 Y 電極并且內(nèi)部電極接地時，具有固定基極和自由端的峰峰值水平偏轉(zhuǎn)。容差 -0%， +50%。
  7. 峰峰值垂直偏轉(zhuǎn)，當(dāng)最大電壓施加到所有外部電極并且外部電極接地時。容差 -0%， +50%。
  8. 具有固定基極和自由端的第一彎曲模式諧振頻率，請參見下面的計算器。公差 +/-20%。
  9. 一個外部電極和內(nèi)部電極之間的電容。容差 +/-30%
  10. 管子的 STEP 文件，包括安裝底座和端蓋。如果不需要，請刪除安裝底座和端蓋。

使用 TD250 放大器驅(qū)動壓電管

TD250?是一款超低噪聲、六通道 250V 放大器，針對驅(qū)動壓電式電子管掃描儀進行了優(yōu)化。盡管有許多配置可供選擇，但下圖所示的驅(qū)動內(nèi)部電極配置提供了最大的 X、Y 和 Z 行程范圍 [1]。此配置也稱為 “Full Length” 配置 [1]。將該方法的性能與參考文獻 [1] 中的其他配置進行了比較。

在驅(qū)動內(nèi)部電極配置中，X 和 Y 電極以標(biāo)準(zhǔn)方式驅(qū)動，電壓相等且相反，如下所示。通過向內(nèi)部電極施加負(fù)電壓，可以獲得等于垂直掃描范圍一半的收縮。也就是說，垂直偏轉(zhuǎn)為ΔL=Vz×?d31Lh.哪里Vz是施加到內(nèi)部電極的嚴(yán)格負(fù)電壓。

這種方法利用了壓電材料較高的正電場強度，通常是負(fù)電場強度的五倍。必須注意不要對內(nèi)部電極施加正電壓，因為這會導(dǎo)致去極化。例如，當(dāng)使用非反相通道時，input 被強制為負(fù)值，如下所示。或者，可以使用反相通道，并且強制 input 為正。

由 TD250-INV?放大器驅(qū)動的壓電管的接線圖。X 軸偏轉(zhuǎn)由 In1 信號 （+/-10V） 控制，這導(dǎo)致在 +X 電極上產(chǎn)生非反相的 +/-250V 信號，在 -X 電極上產(chǎn)生反相的 +/-250V 信號。施加到 In1 的 +10V 信號導(dǎo)致向 +X 電極的最大偏轉(zhuǎn)，而 -10V 信號導(dǎo)致向 -X 電極的最大偏轉(zhuǎn)（如圖所示）。Y 軸驅(qū)動方案與 X 軸相同。垂直 Z 軸偏轉(zhuǎn)由 In5（0V 至 -10V）控制，這導(dǎo)致內(nèi)部電極上產(chǎn)生高達 -250V 的負(fù)電壓，收縮等于垂直行程范圍的一半。當(dāng)同時驅(qū)動所有三個軸時，只能利用一半的垂直行程范圍。

撓度和諧振頻率計算器

以下計算器在以下條件下估算壓電管的橫向和垂直行程范圍：

  • 假設(shè)驅(qū)動內(nèi)部電極配置。也就是說，僅將負(fù)電壓施加到內(nèi)部電極。如果管材僅用于伸長，則報告的垂直行程范圍可以增加一倍。
  • “被動長度”是為了增加行駛范圍而添加的附加結(jié)構(gòu)。此長度不包括在諧振頻率的計算中。

安裝

最常見的安裝配置是具有固定底座和自由端的懸臂布置。底座可以用通用的雙組分環(huán)氧樹脂（如 Loctite 3430）直接粘合到絕緣表面。如果在高壓電極和表面之間保持 >0.5mm 的間隙，壓電管也可以粘合到導(dǎo)電表面。

電極

這些管配有銀或鎳薄膜電極。電極材料由訂貨代碼后綴決定，該后綴為?-S?代表銀，-N?代表鎳。銀適用于通用應(yīng)用和高磁場環(huán)境。鎳電極更抗氧化，更容易焊接，但成本更高。這兩種電極材料都對氧化敏感，會被皮膚上天然存在的酸降解;因此，處理時請戴上手套。

內(nèi)部電極是連續(xù)的，外部電極是四分之一的。電極區(qū)域可以通過用稀硝酸蝕刻來去除。可根據(jù)要求提供定制電極配置。

電極間隙規(guī)格是從兩端移除的外部電極的長度，它為安裝表面提供電氣間隙。內(nèi)部電極是連續(xù)的。

在需要最高抗氧化性的應(yīng)用中，可根據(jù)特殊要求提供金電極。

電流要求

計算功率帶寬

所需的電流為我=C?dV/dt哪里我是當(dāng)前，C是有效電容，并且dV/dt是電壓變化率。對于正弦波，所需的峰值電流等于：
我p=πCfVp?p哪里Vp?p是峰峰值電壓。對于三角波，所需的峰值電流等于：

組裝和安裝選項

端蓋和安裝底座可用于壓電管掃描儀，以簡化安裝和負(fù)載連接。還提供組裝和布線服務(wù)。請使用?Tube 掃描儀生成器查看可用選項，并在線訂購或下載報價。或者，您可以聯(lián)系 PiezoDrive?并提供生成器配置的訂單代碼或屏幕截圖。

訂購代碼

（管子訂貨代號）-（底座）-（頂蓋）-（底蓋）-（組裝）-（配線）-（連接器）-L（長度）

  • 軟管訂購代碼：例如?TB6006-S
  • Base：如果沒有 base 或?B，則為空
  • 頂蓋：如果沒有頂蓋或?TC，則為空
  • Bottom Cap：如果沒有頂蓋或?BC，則為空。不適用于底座
  • 已組裝：如果未組裝（膠合）或?A，則為空白，僅適用于?B、TC?或?BC
  • Wiring：如果沒有布線，則為空。如果管布線僅可用于組件，則為 W。V?代表 垂直布線，不提供底座。H?代表 水平布線，不提供底座。
  • 連接器：對于未端接的電線或?DSUB，為空。僅在選中 連線 選項時可用。
  • Length：布線的長度（以米為單位）。僅在選中 連線 選項時可用。

示例 1

TB6006-S 管組裝在底座中，帶有頂蓋和 1 米長的 D-Sub 電纜：TB6006-S-B-TC-A-W-DSUB-L1

示例 2

具有 1 米無端接垂直布線的 TB6006-S 管：TB6006-S-V-L1

示例 3

帶底座和頂蓋但沒有組件或接線的 TB2006-S 管：TB2006-S-B-TC

焊接說明

可以使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂 （Circuitworks CW2400） 或焊料和松香助焊劑連接電線。

導(dǎo)電環(huán)氧樹脂具有柔韌的優(yōu)點，無需加熱，因此沒有熱去極化的風(fēng)險;然而，施工很耗時，并且需要小心以避免因溢出而短路。環(huán)氧樹脂推薦用于涉及全范圍偏轉(zhuǎn)循環(huán)的連續(xù)運行應(yīng)用。

焊接比導(dǎo)電環(huán)氧樹脂更快、更容易，但需要小心以避免管子過熱。所需的材料和工具包括：

  • 手套、護目鏡
  • 帶鎳或銀電極的壓電管
  • 絕緣電線，例如 AWG30 Kynar 絕緣線
  • Superior Flux 67 或松香助焊劑，例如 Chemtronics CW8200
  • 棉簽
  • 60/40 Sn/Pb 0.5mm 焊錫絲，例如 Multicore 3096525-M
  • 溫控烙鐵
  • 異丙醇或丙酮

建議的步驟是：

  1. 將電線的末端剝?nèi)?3-5 毫米，然后用焊料在電線上鍍錫。最后，將鍍錫線修剪到 2 毫米。
  2. 用助焊劑潤濕棉簽并擦拭管上直徑為 2 mm 的區(qū)域，將少量助焊劑涂抹到所需的焊接點。潤濕更大的區(qū)域是可以的，但這往往會導(dǎo)致更大的焊點。
  3. 將烙鐵溫度設(shè)置為 300C，最好使用溫度傳感器進行檢查。
  4. 使用熱尖和焊料的短暫接觸，在管上沉積一個直徑為 2 mm 的焊點。
  5. 使用短暫的觸點將鍍錫絲連接到焊點。
  6. 用異丙醇或丙酮清除助焊劑。建議將異丙醇浴浸泡 10 分鐘，以幫助去除所有殘留物。
  7. 戴手套作試管可避免在試管上留下指紋。

真空兼容性

壓電管不含任何脫氣材料，并且完全兼容真空。

低溫兼容性

PZT-5H 材料在低溫下效果良好。作為指導(dǎo)，位移靈敏度降低了 5 倍。然而，在低溫下，施加的電壓可以從 +/-250 V 增加到 +/-1000 V，這可以恢復(fù)大部分室溫偏轉(zhuǎn)，但需要高電壓。

例如，TB5509 管的預(yù)測撓度為 66?μm施加的電壓為 +/-250 V。在低溫下，位移將降低到66?μm×0.2=13.2?μm.

但是，如果電壓增加到 +/-500 V，則偏轉(zhuǎn)約為66?μm×0.2×500250=26.4?μm.

如果電壓增加到 +/-1000 V，位移將約為66?μm×0.2×1000250=52.8?μm

選項 / OEM 定制

  • 自定義尺寸和厚度
  • 定制電極配置
  • 定制布線安排/連接器
  • 安裝平臺設(shè)計和制造

壓電特性

壓電材料類似于 PZT-5H 和 Navy Type VI。

財產(chǎn) 象征 價值 單位
壓電常數(shù) d33 600 10-12m/V
d31 -270 10-12m/V
g33 19.4 10-3Vm/N
g31 -9.2 10-3Vm/N
機電
耦合系數(shù)		 Kp 0.65 那
Kt 0.37 那
K31 0.38 那
頻率常數(shù) Np 1980 赫茲-米
Nt 1950 赫茲-米
N31 1450 赫茲-米
彈性常數(shù) Y33 5.3 1010牛 / 米2
Y11 7.2 1010牛 / 米2
Q 因子 質(zhì)量管理 80 那
介電常數(shù) e33? e0 3500 @1 赫茲
耗散因數(shù) 棕褐色 δ 2.5 % @ 1 kHz
Currie 溫度 Tc 220 C
密度 ρ 7.8 克/厘米3

 


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