PZT壓電陶瓷是一種由鋯鈦酸鉛材料進(jìn)行燒結(jié)制成的一種容性器件，它可在電壓驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生形變位移，并且在受外力的作用下，可產(chǎn)生一定的電荷能量，即它具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。

壓電陶瓷管工作原理

壓電陶瓷管是一種管狀的壓電陶瓷，它與常見的片狀壓電陶瓷類似。壓電陶瓷管的內(nèi)徑表面和外徑表面印刷有導(dǎo)電電極，一般為銀電極。除了內(nèi)外表面外，內(nèi)部材料均為PZT壓電陶瓷。因此，它一樣具有壓電效應(yīng)，在對(duì)內(nèi)外電極施加電壓時(shí)，壓電陶瓷管會(huì)產(chǎn)生徑向伸縮的位移。

壓電陶瓷管結(jié)構(gòu)

壓電陶瓷管拉伸光纖實(shí)驗(yàn)

為了解壓電陶瓷管能夠?qū)⒐饫w拉伸多長(zhǎng)，芯明天采用如下圖中所示裝置，通過壓電控制器對(duì)壓電陶瓷管施加電壓，壓電陶瓷管受電壓驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生形變位移。最后，再對(duì)壓電陶瓷管進(jìn)行形變位移的測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)單位

哈爾濱芯明天科技有限公司

實(shí)驗(yàn)設(shè)備

E01系列壓電控制器1臺(tái)，輸出電壓可達(dá)300V；

壓電陶瓷管1支；

電感測(cè)微儀2臺(tái)；

光纖，直徑0.25mm，長(zhǎng)5m；

磁力表座支架2臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

該實(shí)驗(yàn)的目的是對(duì)外徑纏繞有光纖的壓電陶瓷管在電壓驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的位移進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)估算出光纖被拉伸的長(zhǎng)度。

實(shí)驗(yàn)過程

為了實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)人員預(yù)先將直徑0.25mm、長(zhǎng)5m的光纖纏繞于壓電陶瓷管的外表面，并使用環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行固定。最終纏繞于壓電陶瓷管外表面的光纖長(zhǎng)度約4.4m，兩端各預(yù)留30cm光纖。

該實(shí)驗(yàn)中采用的壓電陶瓷管的尺寸為外徑OD 51mm、內(nèi)徑ID 43mm、高TH 40mm，實(shí)驗(yàn)中在壓電陶瓷管的相對(duì)的兩個(gè)外徑側(cè)各放置一臺(tái)電感測(cè)微儀的傳感測(cè)頭，用于測(cè)量施加電壓過程中，壓電陶瓷管膨脹所產(chǎn)生的徑向位移。

實(shí)驗(yàn)中，對(duì)壓電陶瓷管施加0至300V的變化電壓信號(hào)。通過實(shí)驗(yàn)中，可觀察到隨著電壓從0V逐漸增大，兩臺(tái)電感測(cè)微儀測(cè)得的位移值也逐漸增大。

在300V時(shí)，兩臺(tái)電感測(cè)微儀所測(cè)得位移之和約為0.8μm，這是徑向的總位移，即直徑變大了0.8μm。通過周長(zhǎng)計(jì)算公式可估算每圈光纖拉伸的長(zhǎng)度約為2.5μm。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)可知，通過芯明天壓電控制器驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷管，可以達(dá)到拉伸光纖的目的。

在該實(shí)驗(yàn)中，通過觀察一些現(xiàn)象，可總結(jié)如下：

1）壓電陶瓷管兩端安裝的電感測(cè)微儀，所測(cè)的位移數(shù)值不同，可能是由于兩端的測(cè)頭安裝時(shí)的預(yù)緊力不同導(dǎo)致。在預(yù)緊力接近相同時(shí)，可觀測(cè)到兩個(gè)電感測(cè)微儀的數(shù)值幾乎相同。

2）不同壓電陶瓷管的外形尺寸會(huì)影響壓電陶瓷管整體徑向膨脹的位移。通常，在其他條件一致情況下，外徑越大，壓電陶瓷管產(chǎn)生的徑向位移將越大。

3）光纖纏繞的松緊程度也會(huì)對(duì)光纖拉伸的長(zhǎng)度產(chǎn)生一定的影響，可以以正?？嚲o狀態(tài)纏繞光纖。

4）該實(shí)驗(yàn)中光纖拉伸的長(zhǎng)度是通過公式進(jìn)行估算的，若需要準(zhǔn)確測(cè)量光纖被拉伸的長(zhǎng)度，需要配合光學(xué)傳感器及相應(yīng)算法獲得。

結(jié)束語

壓電陶瓷非常適用于光纖拉伸應(yīng)用，并且它在很多領(lǐng)域都得到了非常廣泛的應(yīng)用，如光纖傳感、掃描干涉等。除壓電陶瓷管用于拉伸光纖外，芯明天公司還提供其他壓電產(chǎn)品用于光纖拉伸，如壓電陶瓷疊堆、光纖拉伸膨脹器、光纖移相器或定制光纖拉伸結(jié)構(gòu)等，搭配芯明天壓電控制器、功率放大器等即可完成光纖拉伸、相位調(diào)制的目的。

審核編輯 黃昊宇