澳大利亚Piezodrive,TB 系列,压电式管材扫描仪,用于纳米定位的压电管扫描仪

TB 系列压电式管材扫描仪

压电管扫描仪是由径向极化压电材料的薄圆柱体，具有四个外部电极和一个连续的内部电极。当电压施加到其中一个外部电极上时，管的自由端将向施加的电压弯曲。垂直延伸是通过向所有外部电极施加相等的电压，或通过向内部电极施加电压来实现的。

压电管扫描仪广泛用于扫描探针显微镜作为 XYZ 纳米定位器，以及其他应用，例如显微作和光束扫描。这些管子可以单独订购，也可以选择包括用于连接 TD250-INV 放大器的接线和连接器，并带有易于组装的安装表面。可根据要求提供定制尺寸和/或电极配置。

笔记：

长度公差 +/-0.2 mm
直径公差 +/-0.2 mm
厚度公差 +/-0.1 mm
外部电极之间以及电极与管端之间的间隙。公差 +0.3 mm， -0.2 mm
任何外部电极和接地的内部电极之间的最大推荐双极电压。
当最大电压施加到 X 或 Y 电极并且内部电极接地时，具有固定基极和自由端的峰峰值水平偏转。容差 -0%， +50%。
峰峰值垂直偏转，当最大电压施加到所有外部电极并且外部电极接地时。容差 -0%， +50%。
具有固定基极和自由端的第一弯曲模式谐振频率，请参见下面的计算器。公差 +/-20%。
一个外部电极和内部电极之间的电容。容差 +/-30%
管子的 STEP 文件，包括安装底座和端盖。如果不需要，请删除安装底座和端盖。

使用 TD250 放大器驱动压电管

TD250 是一款超低噪声、六通道 250V 放大器，针对驱动压电式电子管扫描仪进行了优化。尽管有许多配置可供选择，但下图所示的驱动内部电极配置提供了最大的 X、Y 和 Z 行程范围 [1]。此配置也称为 “Full Length” 配置 [1]。将该方法的性能与参考文献 [1] 中的其他配置进行了比较。

在驱动内部电极配置中，X 和 Y 电极以标准方式驱动，电压相等且相反，如下所示。通过向内部电极施加负电压，可以获得等于垂直扫描范围一半的收缩。也就是说，垂直偏转为ΔL=Vz×−d31Lh.哪里Vz是施加到内部电极的严格负电压。

这种方法利用了压电材料较高的正电场强度，通常是负电场强度的五倍。必须注意不要对内部电极施加正电压，因为这会导致去极化。例如，当使用非反相通道时，input 被强制为负值，如下所示。或者，可以使用反相通道，并且强制 input 为正。

由 TD250-INV 放大器驱动的压电管的接线图。X 轴偏转由 In1 信号（+/-10V）控制，这导致在 +X 电极上产生非反相的 +/-250V 信号，在 -X 电极上产生反相的 +/-250V 信号。施加到 In1 的 +10V 信号导致向 +X 电极的最大偏转，而 -10V 信号导致向 -X 电极的最大偏转（如图所示）。Y 轴驱动方案与 X 轴相同。垂直 Z 轴偏转由 In5（0V 至 -10V）控制，这导致内部电极上产生高达 -250V 的负电压，收缩等于垂直行程范围的一半。当同时驱动所有三个轴时，只能利用一半的垂直行程范围。

挠度和谐振频率计算器

以下计算器在以下条件下估算压电管的横向和垂直行程范围：

假设驱动内部电极配置。也就是说，仅将负电压施加到内部电极。如果管材仅用于伸长，则报告的垂直行程范围可以增加一倍。
“被动长度”是为了增加行驶范围而添加的附加结构。此长度不包括在谐振频率的计算中。

安装

最常见的安装配置是具有固定底座和自由端的悬臂布置。底座可以用通用的双组分环氧树脂（如 Loctite 3430）直接粘合到绝缘表面。如果在高压电极和表面之间保持 >0.5mm 的间隙，压电管也可以粘合到导电表面。

电极

这些管配有银或镍薄膜电极。电极材料由订货代码后缀决定，该后缀为 -S 代表银，-N 代表镍。银适用于通用应用和高磁场环境。镍电极更抗氧化，更容易焊接，但成本更高。这两种电极材料都对氧化敏感，会被皮肤上天然存在的酸降解;因此，处理时请戴上手套。

内部电极是连续的，外部电极是四分之一的。电极区域可以通过用稀硝酸蚀刻来去除。可根据要求提供定制电极配置。

电极间隙规格是从两端移除的外部电极的长度，它为安装表面提供电气间隙。内部电极是连续的。

在需要最高抗氧化性的应用中，可根据特殊要求提供金电极。

电流要求

计算功率带宽

所需的电流为我=C dV/dt哪里我是当前，C是有效电容，并且dV/dt是电压变化率。对于正弦波，所需的峰值电流等于：
我p=πCfVp−p哪里Vp−p是峰峰值电压。对于三角波，所需的峰值电流等于：

组装和安装选项

端盖和安装底座可用于压电管扫描仪，以简化安装和负载连接。还提供组装和布线服务。请使用 Tube 扫描仪生成器查看可用选项，并在线订购或下载报价。或者，您可以联系 PiezoDrive 并提供生成器配置的订单代码或屏幕截图。

订购代码

（管子订货代号）-（底座）-（顶盖）-（底盖）-（组装）-（配线）-（连接器）-L（长度）

软管订购代码：例如 TB6006-S
Base：如果没有 base 或 B，则为空
顶盖：如果没有顶盖或 TC，则为空
Bottom Cap：如果没有顶盖或 BC，则为空。不适用于底座
已组装：如果未组装（胶合）或 A，则为空白，仅适用于 B、TC 或 BC
Wiring：如果没有布线，则为空。如果管布线仅可用于组件，则为 W。V 代表垂直布线，不提供底座。H 代表水平布线，不提供底座。
连接器：对于未端接的电线或 DSUB，为空。仅在选中连线选项时可用。
Length：布线的长度（以米为单位）。仅在选中连线选项时可用。

示例 1

TB6006-S 管组装在底座中，带有顶盖和 1 米长的 D-Sub 电缆：TB6006-S-B-TC-A-W-DSUB-L1

示例 2

具有 1 米无端接垂直布线的 TB6006-S 管：TB6006-S-V-L1

示例 3

带底座和顶盖但没有组件或接线的 TB2006-S 管：TB2006-S-B-TC

焊接说明

可以使用导电环氧树脂（Circuitworks CW2400）或焊料和松香助焊剂连接电线。

导电环氧树脂具有柔韧的优点，无需加热，因此没有热去极化的风险;然而，施工很耗时，并且需要小心以避免因溢出而短路。环氧树脂推荐用于涉及全范围偏转循环的连续运行应用。

焊接比导电环氧树脂更快、更容易，但需要小心以避免管子过热。所需的材料和工具包括：

手套、护目镜
带镍或银电极的压电管
绝缘电线，例如 AWG30 Kynar 绝缘线
Superior Flux 67 或松香助焊剂，例如 Chemtronics CW8200
棉签
60/40 Sn/Pb 0.5mm 焊锡丝，例如 Multicore 3096525-M
温控烙铁
异丙醇或丙酮

建议的步骤是：

将电线的末端剥去 3-5 毫米，然后用焊料在电线上镀锡。最后，将镀锡线修剪到 2 毫米。
用助焊剂润湿棉签并擦拭管上直径为 2 mm 的区域，将少量助焊剂涂抹到所需的焊接点。润湿更大的区域是可以的，但这往往会导致更大的焊点。
将烙铁温度设置为 300C，最好使用温度传感器进行检查。
使用热尖和焊料的短暂接触，在管上沉积一个直径为 2 mm 的焊点。
使用短暂的触点将镀锡丝连接到焊点。
用异丙醇或丙酮清除助焊剂。建议将异丙醇浴浸泡 10 分钟，以帮助去除所有残留物。
戴手套作试管可避免在试管上留下指纹。

真空兼容性

压电管不含任何脱气材料，并且完全兼容真空。

低温兼容性

PZT-5H 材料在低温下效果良好。作为指导，位移灵敏度降低了 5 倍。然而，在低温下，施加的电压可以从 +/-250 V 增加到 +/-1000 V，这可以恢复大部分室温偏转，但需要高电压。

例如，TB5509 管的预测挠度为 66 μm施加的电压为 +/-250 V。在低温下，位移将降低到66 μm×0.2=13.2 μm.

但是，如果电压增加到 +/-500 V，则偏转约为66 μm×0.2×500250=26.4 μm.

如果电压增加到 +/-1000 V，位移将约为66 μm×0.2×1000250=52.8 μm

选项 / OEM 定制

自定义尺寸和厚度
定制电极配置
定制布线安排/连接器
安装平台设计和制造

压电特性

压电材料类似于 PZT-5H 和 Navy Type VI。

财产	象征	价值	单位
压电常数	d₃₃	600	10^-12m/V
	d₃₁	-270	10^-12m/V
	g₃₃	19.4	10^-3Vm/N
	g₃₁	-9.2	10^-3Vm/N
机电耦合系数	K_p	0.65	那
	K_t	0.37	那
	K₃₁	0.38	那
频率常数	N_p	1980	赫兹-米
	N_t	1950	赫兹-米
	N₃₁	1450	赫兹-米
弹性常数	Y₃₃	5.3	10¹⁰牛 / 米²
弹性常数	Y₁₁	7.2	10¹⁰牛 / 米²
Q 因子	质量管理	80	那
介电常数	e₃₃⁄ e₀	3500	@1 赫兹
耗散因数	棕褐色 δ	2.5	% @ 1 kHz
Currie 温度	T_c	220	C
密度	ρ	7.8	克/厘米³

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