響應(yīng)速度快是壓電陶瓷一個非常典型的特性，快速的電壓改變促使壓電陶瓷快速產(chǎn)生膨脹形變，壓電陶瓷在加載預(yù)緊力狀態(tài)下可以輸出良好的動態(tài)性能（但需要控制在它的諧振頻率點(diǎn)以下使用，上一期中我們詳細(xì)介紹過壓電陶瓷的諧振頻率）。壓電陶瓷的這個特性在很多動態(tài)應(yīng)用中起著非常重要的作用，比如顯微掃描、穩(wěn)像、閥門、開關(guān)、沖擊波發(fā)生器、主動震動等。

壓電陶瓷的躍時間

壓電陶瓷的階躍時間也可以理解為壓電陶瓷zui快的響應(yīng)時間，當(dāng)給壓電陶瓷加載一個很快的電壓脈沖信號時，壓電陶瓷會在階躍時間Tmin內(nèi)快速膨脹形變，同時壓電陶瓷諧振頻率會被激起，產(chǎn)生阻尼震蕩后達(dá)到穩(wěn)定的位置。 

壓電陶瓷迅速膨脹形變到zui大位移時的zui短上升時間Tmin是由其諧振頻率決定的。當(dāng)控制電壓信號迅速增到zui大，壓電陶瓷會在諧振頻率1/3周期內(nèi)達(dá)到位移的zui大值。

比如一個一端固定的壓電陶瓷諧振頻率f₀=10kHz,在驅(qū)動電流足夠的條件下它可以在33μs內(nèi)達(dá)到zui大位移。

下圖為芯明天XP-611.X壓電納米定位臺在脈沖信號激勵后的響應(yīng)時間圖，60ms內(nèi)大概是40次震蕩，階躍時間大概為0.56ms。越快的脈沖信號會激起越大的振幅。芯明天直驅(qū)機(jī)構(gòu)及閉環(huán)版本壓電納米定位臺在脈沖信號驅(qū)動下則不會產(chǎn)生震蕩。

響應(yīng)時間的快慢跟壓電系統(tǒng)的諧振頻率有關(guān)，但是要確保驅(qū)動壓電陶瓷的控制器能夠產(chǎn)生足夠大的電流。芯明天E52系列壓電控制器的峰值電流可達(dá)17A。

zui快的響應(yīng)時間需要滿足動態(tài)的zui大電流：

閉環(huán)VS開環(huán)壓電產(chǎn)品階躍時間

閉環(huán)壓電納米定位臺類產(chǎn)品由于內(nèi)部配置了閉環(huán)傳感器，壓電控制器通過PID算法對接收到的傳感信號所檢測到的位置進(jìn)行電壓調(diào)整從而修正位移，因此階躍時間比開環(huán)狀態(tài)明顯變慢。

封裝陶瓷VS納米定位臺階躍時間

由于封裝壓電陶瓷的諧振頻率非常高，階躍時間相對較快，而壓電納米定位臺產(chǎn)品由于機(jī)械鉸鏈結(jié)構(gòu)的限制使得諧振頻率相對壓電陶瓷有所降低，因此階躍時間也會隨之降低。

芯明天壓電產(chǎn)品階躍時間

封裝型壓電陶瓷產(chǎn)品

芯明天封裝型壓電陶瓷的諧振頻率在3-40kHz，階躍時間非常快，例如PSt 150/7/20VS12配套E52系列大功率壓電控制器的階躍時間可以達(dá)到33μs。

壓電納米定位臺

芯明天壓電納米定位臺的諧振頻率通常在幾百至幾千赫茲之間，例如XP-611.X開環(huán)的階躍時間為0.56ms,閉環(huán)型號的階躍時間為15ms，XP-611.XYZ三維壓電納米定位臺由于其高精度，響應(yīng)速度快及穩(wěn)定性好等特點(diǎn)已經(jīng)成功批量應(yīng)用于工業(yè)精密加工領(lǐng)域。

壓電偏轉(zhuǎn)鏡

在主動光學(xué)、激光通信、光路調(diào)整等動態(tài)掃描應(yīng)用中，對壓電偏轉(zhuǎn)鏡的動態(tài)性提出了很高的要求，芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡系列產(chǎn)品的出色表現(xiàn)已經(jīng)成功應(yīng)用于衛(wèi)星通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，并受到廣大用戶的*，芯明天P33.T2S配套E00/E01系列壓電控制器，可以實(shí)現(xiàn)1.1ms的階躍時間。