ВОПРОС - ОТВЕТ ПО ТЕХНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ПЬЕЗОАКТУАТОРОВ 

Какой ток потребления пьезоактуатора в режиме удержания?

- В режиме удержания (в статическом режиме) величина потребляемого тока очень низкая и составляет несколько микроампер, а потребляемая мощность находится в пределах нескольких милливатт. В режиме удержания с открытой петлей обратной связи присутствует эффект дрейфа до 10%-15% от величины хода актуатора. Дрейф можно компенсировать петлей обратной связи с датчиком положения. С точки зрения экономической эффективности рекомендуется работать без петли обратной связи, если это возможно.

Какие характиристики требуются для расчета устройства для отклонения луча (лазера и др.) по двум осям?
  • Масса и размер полезной нагрузки.
  • Что из себя представляет полезная нагрузка (оптическая призма, зеркало, линза… ).
  • Угловой ход Rx и Ry полезной нагрузки.
  • Рабочая частота.
  • Требуемая точность позиционирования.
  • Условия окружающей среды.
 Какими датчиками обратной связи стандартно комплектуются пьезоактуаторы?

- Стандартно устанавливаются тензодатчики. Опция SG (Strain Gage). Тензодатчики обеспечивают абсолютную точность позиционирования равную 1/700 от полной величины хода пьезоактуатора. Доступны также датчики положения с более высокой точностью позиционирования - это датчики вихревых токов ECS. Стандартно ECS обеспечивают абсолютную точность позиционирования равную 1/1000 (до 1/1500) от полной величины хода пьезоактуатора.

 Какое количество рабочих циклов пьезоактуатора?

- Обычно оценивается привод в сборе. Количество рабочих циклов зависит от нагрузки и рабочей частоты. Например, на стр. 29 каталога Вы можете увидеть график, демонстрирующий непрерывные испытания продолжительностью 6 месяцев для APA200M при рабочей частоте 600 Гц. График показывает возможность актуатора работать 10^10 циклов.

 Используются ли пьезоактуаторы в статическом режиме?

- Пьезомеханизмы могут работать и в статическом режиме, но с поданным питанием при токах потребления всего несколько микроампер. Примеры статических применений:

  • В миссии Pharao у механизма DTT35XS было статическое применение, где зеркало, отражающее лазерный луч, должно удерживать положение с высочайшей статической точностью.
  • Пьезо сборка XYZ piezo stage для миссииr Rosetta используется для медленного сканирования при проведении исследований на Атомном силовом микроскопе (Atomic Force Microscope)
Пьезоактуаторы CEDRAT TECHNOLOGIES демонстрируют отличные характеристики, в том числе при динамических режимах работы, именно поэтому у них самый большой в мире опыт космических применений. 
 Какая максимальная длина пьезоактуатора?

- Длина (Высота) пьезоактуатора ограничена сечением пьезокерамики. Для сечения 14 мм длина актуатора не более 200 мм. При этом ход актуатора типа PPA составляет 0,1% от длины актуатора. Ход PPA ограничен примерно 100 мкм. Ход пьезоактуатора типа APA составляет 1%. APA могут достигать хода до 2 мм. См. стр. 8,18 каталога.

 Происходит ли старение пьезокерамики в преднагруженном состоянии? 

- Пьезокерамика не подвержена старению в ВЫКЛ. или ВКЛ. состоянии при воздействии напряжения рабочего уровня. Более того, преднагруженная пьезокерамика намного лучше выдерживает переключение ВЫКЛ/ВКЛ, чем непреднагруженная пьезокерамика. В случае если выходной ток драйвера будет большой, то пьезокерамика подвергнется растягивающим усилиям во время переключения ВЫКЛ/ВКЛ или ВКЛ/ВЫКЛ. Преднагрузка уменьшит уровень растягивающих сил в пьезокерамике.

В случае с актуаторами старение не принимается в расчет, так как во время работы, пьезокерамика актюаторов подвергается воздействию мощного электрического поля в направлении поляризации. 

Возможна ли модификация двухкоординатной сборки XY25XS для применения в условиях вакуума?

- Стандартная сборка XY25XS может быть поставлена со стандартной опцией для работы в вакууме. Для более высокого вакуума, более 10^-6 Торр потребуется дополнительный рассчет.

 Возможно ли применение пьезоактуаторов при воздействии радиации (в космосе) ?

- На стр. 11 Инструкции по применению пьезоактуаторов можно увидеть, что пьезоактуаторы были квалифицированы до уровня 100 кРад. CEDRAT TECHNOLOGIES сообщает, что пьезоактуаторы были квалифицированы для миссии Rosetta.

 Какая точность позиционирования пьезоактуаторов ?

 - Точность, относительная и абсолютная: Существует различие между относительной и абсолютной точностью, несмотря на то что обе величины определяются в результате расчета погрешности. Относительная точность определяется погрешностью величины смещения между двумя определенным позициям. Абсолютная точность определяется погрешностью позиции. Эти погрешности появляются в результате действия нескольких факторов, таких как: гистерезис, свойственный пьезоэлектрической керамике; диапазон температур; отношение сигнал-шум электроники в конфигурации с открытой петлей обратной связи. Точность может быть улучшена с помощью датчика положения, при конфигурации с петлей обратной связи, и в этом случае погрешность положения зависит от точности датчика и подключенной электроники.

Точность в открытом контуре невысокая - около 15 % от величины хода. В замкнутом контуре относительная и абсолютная точность зависит от типа датчика. Для стандартного тензодатчика абсолютная точность позиционирования равна 1/700 от полной величины хода пьезоактуатора. 

Важно: точность датчиков указана для полного стандартного диапазона рабочих температур: - 40 +80 градусов Цельсия.

Для задач позиционирования рекомендуется работать с APA на частотах до одной трети от резонансной частоты.

Какая максимальная длина кабеля от пьезоактуатора до управляющей электроники?

- Необходимо отметить, что рабочий диапазон температур стандартного пьезоактуатора составляет -40 +80 градусов Цельсия. Стандартная электроника (усилители, контроллеры, преобразователи сигналов датчика положения…) работает при лабораторных температурах, но может быть также модернизирована до расширенного диапазона температур -40 +80 градусов Цельсия.

При необходимости обеспечить работу в диапазоне температур -40 +80 градусов Цельсия, например для наземного телескопа, возникает вопрос о месте размещения управляющей электроники. Нужно ли делать дополнительный теплоизолированный шкаф рядом с телескопом или можно перенести электронику в помещение, находящееся поблизости?

Преобразователь сигналов тензодатчика должен быть установлен в непосредственной близости от актуатора. Именно, поэтому при необходимости, увеличивают только его рабочий диапазон температур до значения -40 +80 градусов Цельсия и устанавливают в непосредственной близости от актуатора.

Всю остальную электронику (усилители, контроллеры, USB интерфейсы…) можно перенести в обогреваемое помещение на большое расстояние (40 метров).

 Пьезокерамика расширяется с ростом температуры?
- Пьезокерамика расширяется с ростом температуры в диапазоне примерно от -40 до +60 (до +90 для разных типов) градусов Цельсия, т.е. имеет положительный коэффициент температурного расширения. При криогенных температурах пьезокерамика сжимается с ростом температуры, т.е. имеет отрицательный коэффициент теплового расширения. Отрицательный коэффициент теплового расширения наблюдается также при повышенных температурах. Также коэффициент теплового расширения зависит от типа пьезокерамики.
 Будет ли уменьшаться рабочий ход актуатора при установке полезной нагрузки (массы) на актуатор?
 - Если постоянная нагрузка F (т.е. вес) меньше, чем блокирующая сила или максимальная сила растяжения, то вес не влияет на ход пьезоэлектрического актуатора, но только сдвигает положение при нулевом напряжении на величину ∆L. (См. Стр.21 каталога). Рабочее напряжение остается в заявленном диапазоне -20 +150 вольт.
Что такое блокирующая сила?
- Блокирующая сила (БС): Минимальная величина силы, которая полностью блокирует перемещение актуатора при максимальном приложенном напряжении (пьезо актуаторы) или токе (магнитные актуаторы).
Какую нагрузку может выдерживать пьезоактуатор, действующую на актуатор перпендикулярно рабочей оси? 
- Величина выдерживаемой нагрузки, Перпендикулярной Оси (ПО): Каждый PPA и APA имеет собственное значение максимального поперечного значения нагрузки, которое он может выдерживать. В качестве ориентировочного значения Вы можете взять 10% от блокирующей силы для PPA и 20 % от блокирующей силы для APA. (поределение блокирующей силы см. выше)