压电陶瓷的压电原理和用途

用压电陶瓷制作的风扇及风扇叶片是由两片压电陶瓷片、中间的复合材料和金属放大器组成。根据查询相关信息资料显示：压电陶瓷(piezoelectricceramics)是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应，压电陶瓷除具有压电性外，还具有介电性、弹性等，已被广泛应用于医学成像。

三线压电陶瓷片是一种常用于压电传感器、陶瓷滤波器、水晶振荡器等应用的陶瓷材料。其优缺点如下：
优点：
1 高压电灵敏度。三线压电陶瓷片具有较高的压电性能，可将机械能转化为电信号，同时也能将电信号转化为机械能。
2 高稳定性。三线压电陶瓷片的机械与电性能随温度、湿度等环境参数变化较小，具有较高的稳定性和可靠性。
3 容易制造。三线压电陶瓷片易于制造，具有较高的加工精度和陶瓷质地，可以根据需要制造出不同尺寸、形状和厚度的陶瓷片。
缺点：
1 脆弱性。三线压电陶瓷片的硬度高，但其脆弱性也很大，容易在弯曲或扭转的情况下发生破裂，需要特殊的防护措施。
2 价格高昂。三线压电陶瓷片的制造成本较高，价格也相对较贵，使其在某些场合中难以被代替。
3 受频率限制。三线压电陶瓷片的压电常数随频率变化而变化，其在高频率下的性能可能受到限制。

压电陶瓷执行器应用范围广、机电耦合性好、频率响应快，逐渐在微位移和微振动领域替代传统的电机控制和液压控制，在振动隔振和精密定位系统中起到隔振或驱动单元作用。随着高精密定位技术的迅速发展，控制系统精度提出了更高的要求。然而，压电陶瓷材料具有迟滞非线性特征是影响执行器精度的主要因素。迟滞效应是制约压电陶瓷执行器精度提升的瓶颈问题。
为了克服这一缺陷，扩大压电陶瓷的应用范围，提高定位精度，国内外大量成果报道了压电陶瓷执行器建模问题。产生压电陶瓷迟滞现象的原因是输入与输出呈非线性关系，系统呈宽频谱特征，对不同频率信号有不同尺度响应，时延尺度也不一样。其表现出来就是压电陶瓷迟滞不可预测，宽频谱特征，这就给研究带来了巨大挑战，尽管进行了大量研究，迟滞效应都没有得到有效解决。
理论上，理想陶瓷压电执行器电压与位移呈线性关系。然而，陶瓷压电执行器往往不处于理想状态：压电陶瓷材料不可避免具有多种成分，各成分分布也不理想；由于工艺等因素，器件无论宏观还是微观不可避免具有各种缺陷；压电陶瓷器件在工作中不可避免有各种阻尼力；压电陶瓷处于复杂的电磁场环境中。考虑上述因素，压电陶瓷器件模型将异常复杂，甚至不可能建立复杂模型。在实际工作中，广大学者都试图建立如下模型
显然，(a)式中m很难甚至无法确定，未知参数cj自然难以辨识。m取值越大，模型越能够准确，但随着m的增加，参数辨识难度显著加大。工作中往往都是选取合适的阶数建模，必然会舍去部分高阶项。但是高阶项往往反映了系统部分频率特征，所建模型不可能有效解决系统迟滞现象，影响执行器性能，而维纳加工、精密定位等领域对系统性能却提出了更高要求，这就陷入了两难境地。