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。

壓電陶瓷管結構

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)驗裝置

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。