按驅(qū)動(dòng)方式不同 ,壓電驅(qū)動(dòng)器可分為剛性位移驅(qū)動(dòng)器和諧振位移驅(qū)動(dòng)器。

　　1 　剛性位移驅(qū)動(dòng)器

　　剛性位移驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)模式主要有多層式驅(qū)動(dòng)器和單(雙) 晶片驅(qū)動(dòng)器 ,此外還有 Rainbow 驅(qū)動(dòng)器、Moonie 驅(qū)動(dòng)器和 Cymbals 驅(qū)動(dòng)器等 ,幾種模式在大小、質(zhì)量、位移量及負(fù)載能力上均各有特點(diǎn)。

　　2 　諧振位移驅(qū)動(dòng)器

　　諧振位移驅(qū)動(dòng)器(超聲波電機(jī))種類繁多 ,從毫米級(jí)的微型電機(jī)到厘米級(jí)的小型電機(jī);從單自由度的直線電機(jī)到多自由度的平面電機(jī)和球型電機(jī);從原理上基于摩擦的超聲波電機(jī)到利用聲懸浮的非接觸式超聲波電機(jī);從高分辨率的蠕動(dòng)式電機(jī)到無(wú)磨損的壓電 ———電流復(fù)合型步進(jìn)電機(jī)。按照工作原理 ,可將超聲波電機(jī)分為接觸式和非接觸式兩種。

　　(1)不需傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ,位移控制精度高 ,可達(dá) 0.01 微米。

　　(2)響應(yīng)速度快 ,約為 10 微秒 ,無(wú)機(jī)械吻合間隙 ,可實(shí)現(xiàn)電壓隨動(dòng)式位移控制。

　　(3)有較大的力輸出 ,約為 3.9KN/cm 。

　　(4)功耗低 ,比電磁馬達(dá)式的微位移器低 1 個(gè)數(shù)量級(jí) ,并且當(dāng)物體保持一定位置(高度)時(shí) ,器件幾乎無(wú)功耗。

　　(5) 它是一種固體器件 ,易于電源、側(cè)位傳感器、微機(jī)等實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。并且磁控合金和溫控形狀記憶合金等其他位移器件體積要小得多。

　　如果采用單板型壓電陶瓷 PZT,1cm 厚的PZT要想得到 10 微米左右的驅(qū)動(dòng)位移 ,則兩端需要施加 5KV 的壓電。給 PZT施加如此高的電壓 ,可能會(huì)使絕緣擊穿而引起機(jī)械的破壞 ,發(fā)生危險(xiǎn)因?yàn)閴弘娞沾傻淖冃瘟颗c厚度無(wú)關(guān) ,由此人們開(kāi)發(fā)出了層疊式壓電驅(qū)動(dòng)器。如圖l 所示 ,將壓電陶瓷做成很薄的薄片(現(xiàn)在已經(jīng)能制造出了 0. 05 毫米的壓電陶瓷薄片) ,將多片壓電陶瓷片 ,采用機(jī)械上串聯(lián)、電路上并聯(lián) ,然后燒結(jié)在一起的方式制成這樣 ,給它施加數(shù)百伏的電壓便可得到很大的驅(qū)動(dòng)位移。以我國(guó)電子工業(yè)部第二十六研究所制造的WTDS—IK型壓電驅(qū)動(dòng)器為例 ,尺寸 7 ×5 ×25 毫米 ,施加 300V 電壓 ,驅(qū)動(dòng)位移大于 10 微米。

　　1 超精密測(cè)量

　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展 ,對(duì)儀器精度的要求出現(xiàn)了數(shù)量級(jí)的變化。從精密測(cè)量 (0. 5～0.005μm) ,發(fā)展到超精密測(cè)量(0.05～0.005 nm) ,最近又提出納米精度測(cè)量(5～0. 05nm)的要求。在一定范圍內(nèi) ,PZT 伸長(zhǎng)量和施加的電壓近似成線形關(guān)系 ,故此利用其精度高的特點(diǎn) ,可在超精密測(cè)量中得以應(yīng)用。

　　例如 ,1982 年 ,IBM 蘇黎世研究所等成功地研制出世界上臺(tái)新型的表面分析儀器 ,即掃描隧道顯微鏡(scanning Tunneling Microscope ,STM) ,其掃描頭便由三個(gè)相互垂直的壓電陶瓷組成 ,可用于三維掃描。STM 具有極高的空間分辨能力(平行方向的分辨率為 0. 04nm ,垂直方向的分辨率達(dá)到 0.01 nm) 。

　　2 超精密定位

　　在定位技術(shù)中 ,利用傳統(tǒng)的定位裝置 ,如滾動(dòng)或滑動(dòng)導(dǎo)軌、精密螺旋楔塊機(jī)構(gòu)、渦輪 —凹輪機(jī)構(gòu)齒輪 —杠桿式機(jī)構(gòu)等機(jī)械傳動(dòng)式微位移驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成定位機(jī)構(gòu) ,由于存在著較大的間隙和摩擦 ,所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)超精密定位。而采用壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)合柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu) ,可以克服上述缺點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)微納米級(jí)的超精密定位。此類技術(shù)中 ,精密微動(dòng)工作臺(tái)的研制開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一 ,不斷地出現(xiàn)新的形式 ,它們大多以柔性鉸鏈為導(dǎo)向機(jī)構(gòu) ,由壓電驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。此類工作臺(tái)己被廣泛用于能束加工、超精密檢測(cè)、微操作系統(tǒng)等要求具有納米級(jí)定位分辨率的技術(shù)領(lǐng)域中。

　　3 超精密機(jī)械加工

　　超精密加工技術(shù)在航天產(chǎn)品和現(xiàn)代化精密制造中占有非常重要的地位 ,近十幾年來(lái)世界各國(guó)都十分重視超精密加工技術(shù)的研究和發(fā)展 ,美國(guó)最早成立了 Nano 研究中心 ,英國(guó)制定了 ERATO(Ex2ploratory Research for Advanced Technology) 規(guī)劃等。微進(jìn)給機(jī)構(gòu)在超精密加工領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用 ,一般被用來(lái)作為微進(jìn)給或補(bǔ)償工具 ,目前使用最多的便是以壓電陶瓷為驅(qū)動(dòng)器的基于彈性鉸鏈支撐位移機(jī)構(gòu)。日本東京工業(yè)大學(xué)用壓電陶瓷微進(jìn)給機(jī)構(gòu)補(bǔ)償氣浮導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)直線度 ,可將直線度提高到0. 14μm/600mm。美 國(guó) 的 光 學(xué) 金 剛 石 車 床(LODTM) 上用的快速道具伺服機(jī)構(gòu)(FTS) 在 ±1127μm 范圍內(nèi)分辨率達(dá) 2. 5nm ,頻率響應(yīng)達(dá)100Hz ,可進(jìn)行主軸回轉(zhuǎn)誤差的補(bǔ)償 (轉(zhuǎn)速在 1.50r/ min 以下) 。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展及微型機(jī)械的要求 ,超精密加工技術(shù)正從亞微米級(jí)向納米級(jí)發(fā)展。

　　4 微型機(jī)械

　　作為驅(qū)動(dòng)部件 ,壓電陶瓷在微型機(jī)械當(dāng)中應(yīng)用非常廣泛。廣東工業(yè)大學(xué)與日本筑波大學(xué)合作 ,已研制出一維、二維聯(lián)動(dòng)壓電驅(qū)動(dòng)器 ,其位移范圍為10 ×10μm ,位移分辨率為 0.01μm ,精度為 0.1μm ,用于微型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng);長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所研制出的直徑 <3mm 的壓電超聲馬達(dá);日本東京大學(xué)工科研究所研制出利用壓電陶瓷快速變形的沖擊驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(IDM) ,并通過(guò) IDM 制成了兩種類型的微型機(jī)器人(一種為三自由度 ,另一種為四自由度) 。在機(jī)器人的端部最小步進(jìn)運(yùn)動(dòng)小于 0. 1nm ,速度大于 2mm/ s,并將它們成功地用在對(duì)細(xì)胞的操作中。

　　我國(guó)在微型機(jī)械領(lǐng)域 ,也不斷出現(xiàn)新的成功 ,如壓電超聲馬達(dá)、微型機(jī)器人、微小夾持器等 例如,上海交通大學(xué)研制的壓電式微型可控鑷子。