PZT壓電陶瓷管可將光纖拉伸實(shí)驗
PZT壓電陶瓷是一種由鋯鈦酸鉛材料進(jìn)行燒結制成的一種容性器件,它可在電壓驅動(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和逆壓電效應。
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(jiàn)的片狀壓電陶瓷類(lèi)似。壓電陶瓷管的內徑表面和外徑表面印刷有導電電極,一般為銀電極。除了內外表面外,內部材料均為PZT壓電陶瓷。因此,它一樣具有壓電效應,在對內外電極施加電壓時(shí),壓電陶瓷管會(huì )產(chǎn)生徑向伸縮的位移。
壓電陶瓷管拉伸光纖實(shí)驗
為了解壓電陶瓷管能夠將光纖拉伸多長(cháng),芯明天采用如下圖中所示裝置,通過(guò)壓電控制器對壓電陶瓷管施加電壓,壓電陶瓷管受電壓驅動(dòng)產(chǎn)生形變位移。最后,再對壓電陶瓷管進(jìn)行形變位移的測量。
實(shí)驗單位
哈爾濱芯明天科技有限公司
實(shí)驗設備
E01系列壓電控制器1臺,輸出電壓可達300V;
壓電陶瓷管1支;
電感測微儀2臺;
光纖,直徑0.25mm,長(cháng)5m;
磁力表座支架2臺。
實(shí)驗目的
該實(shí)驗的目的是對外徑纏繞有光纖的壓電陶瓷管在電壓驅動(dòng)下產(chǎn)生的位移進(jìn)行實(shí)際測量,并根據測量數據估算出光纖被拉伸的長(cháng)度。
實(shí)驗過(guò)程
為了實(shí)驗順利進(jìn)行,實(shí)驗人員預先將直徑0.25mm、長(cháng)5m的光纖纏繞于壓電陶瓷管的外表面,并使用環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行固定。最終纏繞于壓電陶瓷管外表面的光纖長(cháng)度約4.4m,兩端各預留30cm光纖。
該實(shí)驗中采用的壓電陶瓷管的尺寸為外徑OD 51mm、內徑ID 43mm、高TH 40mm,實(shí)驗中在壓電陶瓷管的相對的兩個(gè)外徑側各放置一臺電感測微儀的傳感測頭,用于測量施加電壓過(guò)程中,壓電陶瓷管膨脹所產(chǎn)生的徑向位移。
實(shí)驗中,對壓電陶瓷管施加0至300V的變化電壓信號。通過(guò)實(shí)驗中,可觀(guān)察到隨著(zhù)電壓從0V逐漸增大,兩臺電感測微儀測得的位移值也逐漸增大。
在300V時(shí),兩臺電感測微儀所測得位移之和約為0.8μm,這是徑向的總位移,即直徑變大了0.8μm。通過(guò)周長(cháng)計算公式可估算每圈光纖拉伸的長(cháng)度約為2.5μm。
實(shí)驗結果與分析
實(shí)驗可知,通過(guò)芯明天壓電控制器驅動(dòng)壓電陶瓷管,可以達到拉伸光纖的目的。
在該實(shí)驗中,通過(guò)觀(guān)察一些現象,可總結如下:
1)壓電陶瓷管兩端安裝的電感測微儀,所測的位移數值不同,可能是由于兩端的測頭安裝時(shí)的預緊力不同導致。在預緊力接近相同時(shí),可觀(guān)測到兩個(gè)電感測微儀的數值幾乎相同。
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 )對光纖拉伸的長(cháng)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)驗中光纖拉伸的長(cháng)度是通過(guò)公式進(jìn)行估算的,若需要準確測量光纖被拉伸的長(cháng)度,需要配合光學(xué)傳感器及相應算法獲得。
結束語(yǔ)
壓電陶瓷非常適用于光纖拉伸應用,并且它在很多領(lǐng)域都得到了非常廣泛的應用,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構等,搭配芯明天壓電控制器、功率放大器等即可完成光纖拉伸、相位調制的目的。
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