【概述】

本研究中使用Aigtek安泰ATA-2022B高壓放大器，搭建超聲電機實驗平臺。驗證多層疊堆結構降低驅動電壓、提升驅動力的有效性，最終研發(fā)出適配智能終端的高精度、緊湊型驅動解決方案。

實驗名稱：多層微型直線超聲電機制備與性能測試

研究方向：縱彎復合模態(tài)驅動機理研究、多層壓電疊堆微結構設計、模態(tài)復合算法與動力學仿真、低溫共燒陶瓷（LTCC）工藝優(yōu)化、壓電振子電學參數(shù)測試、電機驅動性能優(yōu)化測試

實驗目的：針對移動終端攝像模組對執(zhí)行器微尺寸、低電壓、長行程、大推力的協(xié)同需求，突破傳統(tǒng)直線電磁馬達的性能局限，通過設計基于縱彎復合模態(tài)的多層微型直線超聲電機，完成其微結構設計、模態(tài)復合仿真、低溫共燒陶瓷工藝制備及極化處理，測試其電學參數(shù)與驅動性能，驗證多層疊堆結構降低驅動電壓、提升驅動力的有效性，最終研發(fā)出適配智能終端的高精度、緊湊型驅動解決方案。

測試設備：信號發(fā)生器(SDG1022X，SIGLENT)、高壓放大器(ATA-2022H，Aigtek）、示波器(SDS1072X，SIGLENT）、超聲電機、磁柵尺位移傳感器、拉壓力傳感器。

實驗過程：先采用低溫共燒陶瓷（LTCC）工藝制備出單層膜厚30μm、總層數(shù)30的壓電振子，完成振子極化處理并搭建系統(tǒng)監(jiān)測漏電流，確保常溫漏電流低于20nA，再貼附高精度氧化鋁驅動足得到整體尺寸3.7×1.3×1.39mm的超聲電機；隨后通過阻抗分析儀、壓電系數(shù)測試儀分別測試振子的阻抗曲線與壓電應變常數(shù)，獲取諧振頻率、縱向壓電應變常數(shù)等關鍵電學參數(shù)；接著搭建由性能測試裝置、微控制單元、電壓輸入裝置等組成的電機性能測試系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中設置不同測試條件，依次開展頻率-速度、預壓力-速度、電壓-速度、負載-速度測試，確定電機最佳驅動頻率、最優(yōu)預壓力范圍，實測其在445kHz驅動頻率、450mN預壓力下的最大空載速度、最大負載能力等核心驅動性能指標，完成對該多層型直線超聲電機的全面實驗驗證。

圖1測試系統(tǒng)框架(a)測試框圖;(b)性能測試裝置結構圖

圖2實驗平臺

實驗結果：

1、壓電振子制備與極化實驗中，采用LTCC工藝制得30層、單層膜厚30μm的壓電振子，常溫下漏電流低于20nA，極化質量良好。

2、壓電振子電學參數(shù)測試顯示，雙支路通道諧振頻率為447.50kHz和444.36kHz，縱向壓電應變常數(shù)約5662.2pC/N，具備合理諧振與壓電性能。

3、頻率-速度測試確定電機最佳驅動頻率為445kHz，可驅動頻率帶寬達65kHz，該頻率下左右向空載速度基本一致，驅動穩(wěn)定性良好。

4、預壓力-速度測試表明電機在300mN-800mN預壓力區(qū)間運動效果穩(wěn)定，對預壓力敏感度低，低電壓下仍具備可觀帶負載能力。

5、電壓-速度測試發(fā)現(xiàn)電機最低驅動電壓為3.2Vpp，6.2Vpp時達到最大空載速度104.5mm/s，電壓過高會因溫升導致驅動速度略有下降。

6、負載-速度測試得出電機最大負載為100mN@5.8Vpp，0-100mN負載下驅動穩(wěn)定且速度與負載接近線性關系，推重比達256。

7、綜合性能對比表明，該多層微型直線超聲電機在微尺寸、低電壓條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的大驅動力、長行程驅動能力，優(yōu)于多款同尺寸微型直線超聲電機。

圖3電壓速度測試（a）空載測試（b）負載測試

安泰放大器在此應用中的產品優(yōu)勢：

1.寬頻帶與高壓擺率——精準匹配驅動頻率，保障有效帶寬內性能穩(wěn)定

2.高電壓輸出與精細增益調節(jié)——精確繪制電壓-速度特性曲線

3.低失真與高輸出穩(wěn)定性——保障壓電疊堆容性負載驅動

【推薦產品】：ATA-2000系列高壓放大器

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標參數(shù)

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產品線，且具有相當規(guī)模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發(fā)、生產和銷售的高科技企業(yè)。

審核編輯 黃宇