在扫描探针显微镜、微纳操作和光束扫描等领域，压电管扫描器是实现纳米级精密定位的核心执行器。PiezoDrive 提供标准化及定制化的压电管扫描器产品，并可配套 TD250 放大器，构成完整的纳米定位解决方案。
工作原理
压电管扫描器是径向极化的薄壁压电陶瓷圆管，具有四个外部电极和一个连续的内部电极。
横向偏转：当电压施加到其中一个外部电极时，管的自由端会朝施加电压的方向弯曲。
垂直伸缩：通过向所有外部电极施加相等电压，或向内部电极施加电压，可实现垂直方向的伸缩。
偏转公式：
Δx = Vx × (√2 × d31 × L²) / (π × D × h)
其中：
Δx、Δy 为 X、Y 轴偏转量
d31 为压电应变常数
L 为管长，D 为外径，h 为管壁厚度
Vx、Vy 为施加在管两侧的电极电压
也可简化为：
Δx = Vx × ScanRange / (2 × |MaxVoltage|)
产品规格
| 订购代码 | 长度 | 直径 | 厚度 | 电极间隙 | 最大电压 | 扫描范围 | 延伸范围 | 谐振频率 | 象限电容 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TB1003-N | 10.0 mm | 3.0 mm | 0.40 mm | 0.5 mm | ±160 V | 6.4 µm | 2.1 µm | 15 kHz | TBA |
| TB2003-N | 20.0 mm | 3.0 mm | 0.40 mm | 0.5 mm | ±160 V | 25 µm | 4.2 µm | 3.8 kHz | TBA |
| TB3003-N | 30.0 mm | 3.0 mm | 0.40 mm | 0.5 mm | ±160 V | 57 µm | 6.4 µm | 1.6 kHz | TBA |
| TB1006-N | 10.0 mm | 6.0 mm | 0.65 mm | 0.7 mm | ±260 V | 3.2 µm | 2.1 µm | 31 kHz | 3 nF |
| TB2006-N | 20.0 mm | 6.0 mm | 0.65 mm | 0.7 mm | ±260 V | 13 µm | 4.2 µm | 7.7 kHz | 4 nF |
| TB3006-N | 30.0 mm | 6.0 mm | 0.65 mm | 0.7 mm | ±260 V | 29 µm | 6.3 µm | 3.4 kHz | 6 nF |
| TB4006-N | 40.0 mm | 6.0 mm | 0.65 mm | 0.7 mm | ±260 V | 51 µm | 7.4 µm | 1.9 kHz | 6 nF |
| TB5006-N | 50.0 mm | 6.0 mm | 0.65 mm | 0.7 mm | ±260 V | 80 µm | 11 µm | 1.2 kHz | 10 nF |
| TB6006-N | 60.0 mm | 6.0 mm | 0.65 mm | 0.7 mm | ±260 V | 114 µm | 13 µm | 850 Hz | 11 nF |
| TB10006-N | 100.0 mm | 6.0 mm | 0.65 mm | 0.7 mm | ±260 V | 318 µm | 21 µm | 310 Hz | 19 nF |
备注：
长度、直径、厚度、电极间隙均有公差
最大电压为任一外部电极与接地内部电极之间的推荐双极电压
扫描范围为固定底座、自由端条件下，X 或 Y 电极施加最大电压时的峰峰值水平偏转
延伸范围为所有外部电极施加最大电压、外部电极接地时的峰峰值垂直偏转
谐振频率为固定底座、自由端条件下的第一弯曲模式谐振频率
电容为一个外部电极与内部电极之间的电容
TD250 是一款超低噪声、六通道 250V 放大器，专为驱动压电管扫描器而优化。
驱动内部电极配置（也称为“全长度”配置）可提供最大的 X、Y、Z 行程范围：
X、Y 电极以标准方式驱动，施加相等且相反的电压
通过向内部电极施加负电压，可获得等于垂直扫描范围一半的收缩量
垂直偏转公式：
ΔL = Vz × (-d31 × L) / h
其中 Vz 为施加在内部电极上的严格负电压。
注意：该方法利用压电材料较高的正电场强度（通常为负电场强度的五倍）。必须注意不要向内部电极施加正电压，否则可能导致去极化。
接线示例：
X 轴偏转由 In1 信号（±10V）控制，在 +X 电极产生非反相 ±250V 信号，在 -X 电极产生反相 ±250V 信号
Y 轴驱动方案与 X 轴相同
垂直 Z 轴偏转由 In5（0V 至 -10V）控制，在内部电极产生最高 -250V 的负电压
安装
最常见的安装配置是悬臂式：固定底座，自由端。
底座可直接粘接到绝缘表面，使用通用双组分环氧树脂（如 Loctite 3430）
也可粘接到导电表面，只要高压电极与表面之间保持 >0.5mm 的间隙
电极
标准电极为镍（-N）或银（-S）薄膜电极：
| 电极材料 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 银（-S） | 不受磁场极化 | 随时间易氧化 |
| 镍（-N） | 抗氧化、易焊接 | 有微小磁导率（约铁的0.1%） |
尽管镍有微小磁导率，但由于电极材料质量极低，其产生的磁力可忽略不计，因此许多高磁场应用仍可使用镍电极。镍是库存管的标准电极材料。
注意：两种电极材料都会被皮肤上自然存在的酸降解，处理时请戴手套。
电流需求与功率带宽
所需电流为：I = C × dV/dt
对于正弦波，所需峰值电流为：
Ip = π × C × f × Vp-p
对于三角波，所需峰值电流为：
Ip = 2 × C × f × Vp-p
接线与安装选项
可提供端盖和安装底座，以简化安装和负载连接。还提供组装和接线服务。
标准接线：30AWG 单芯铜线，PVDF（Kynar）绝缘，外径 0.5mm，额定 300V。
温度范围：标准组件的环氧胶粘剂和导线绝缘适用于 -45°C 至 +80°C。
真空兼容：标准胶粘剂挥发性有机物含量约 3%，在高真空中会有一定放气。对于需要低温和/或高真空的应用，可选用 -Cryo4KVacuum 选项，采用低温低放气环氧胶粘剂和 PTFE 绝缘线，适用于低至 10⁻⁶ mbar 的真空压力。
订购代码
格式：(Tube Order Code)-(Base)-(Top Cap)-(Bottom Cap)-(Assembled)-(Wiring)-(Connector)-L(Length)
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| Tube Order Code | 如 TB6006-N |
| Base | 无底座留空，或 B |
| Top Cap | 无顶盖留空，或 TC |
| Bottom Cap | 无底盖留空，或 BC（不可与底座同时使用） |
| Assembled | 未组装留空，或 A（仅与 B、TC、BC 配合使用） |
| Wiring | 无接线留空；W 仅管接线（需组装）；V 垂直接线（不可与底座配合）；H 水平接线（不可与底座配合） |
| Connector | 未端接留空，或 DSUB（需选择接线选项） |
| Length | 接线长度（米，需选择接线选项） |
示例：
TB6006-N-B-TC-A-W-DSUB-L1：带底座、顶盖、1米 D-Sub 电缆的组装管
TB6006-N-V-L1：带1米未端接垂直接线的管
TB2006-N-B-TC：带底座和顶盖，但未组装、未接线
焊接说明
可使用导电环氧胶（Circuitworks CW2400）或焊锡与松香助焊剂连接导线。
推荐步骤：
剥去导线末端 3-5mm，镀锡，修剪至 2mm
用棉签蘸取少量助焊剂，在管上擦拭 2mm 直径区域
将烙铁温度设为 300°C
用热尖端和焊锡在管上沉积 2mm 直径焊点
将镀锡导线短暂接触焊点连接
用异丙醇或丙酮清洁助焊剂
戴手套处理管子，避免留下指纹
真空兼容性
压电管不含任何放气材料，完全真空兼容。
低温兼容性
PZT-5H 材料在低温下表现良好。作为参考：
位移灵敏度降低约 5 倍
但在低温下，施加电压可从 ±250V 提高至 ±1000V，可恢复大部分室温偏转
示例（TB5509，室温 66 µm @ ±250V）：
低温下：66 µm × 0.2 = 13.2 µm
±500V：66 µm × 0.2 × 2 = 26.4 µm
±1000V：66 µm × 0.2 × 4 = 52.8 µm
选项 / OEM 定制
定制尺寸和厚度
定制电极配置
定制接线安排 / 连接器
安装平台设计与制造
压电特性
| 属性 | 符号 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 压电常数 | d33 | 600 | 10⁻¹² m/V |
| d31 | -270 | 10⁻¹² m/V | |
| g33 | 19.4 | 10⁻³ Vm/N | |
| g31 | -9.2 | 10⁻³ Vm/N | |
| 机电耦合系数 | Kp | 0.65 | — |
| Kt | 0.37 | — | |
| K31 | 0.38 | — | |
| 频率常数 | Np | 1980 | Hz-m |
| Nt | 1950 | Hz-m | |
| N31 | 1450 | Hz-m | |
| 弹性常数 | Y33 | 5.3 | 10¹⁰ N/m² |
| Y11 | 7.2 | 10¹⁰ N/m² | |
| Q 值 | Qm | 80 | — |
| 介电常数 | ε33/ε0 | 3500 | @1 kHz |
| 损耗因子 | tan δ | 2.5 | % @1 kHz |
| 居里温度 | Tc | 220 | °C |
| 密度 | ρ | 7.8 | g/cm³ |
| 热膨胀系数（极化轴） | α | 3.5 | ppm/K |
纳米定位领域的核心执行器。
无论您需要用于扫描探针显微镜的 XYZ 纳米定位器，还是微纳操作、光束扫描等应用，PiezoDrive 的压电管扫描器都能提供标准化或定制化的解决方案，并可配套 TD250 放大器实现完整系统。
